A kodonokban kifejezett genetikai kód a fehérjék szerkezetére vonatkozó információk kódolására szolgáló rendszer, amely a bolygó minden élő szervezetében megtalálható. Dekódolása egy évtizedig tartott, de a tényt, hogy létezik, a tudomány csaknem egy évszázada megértette. Az univerzalitás, a specifitás, az egyirányúság, és különösen a genetikai kód degeneráltsága nagy biológiai jelentőséggel bír.
Felfedezési előzmények
A genetikai információ kódolásának problémája mindig is kulcsfontosságú volt a biológiában. A tudomány meglehetősen lassan haladt a genetikai kód mátrixszerkezete felé. Amióta J. Watson és F. Crick 1953-ban felfedezték a DNS kettős spirális szerkezetét, elkezdődött a kód szerkezetének feloldásának szakasza, ami hitet adott a természet nagyságában. A fehérjék lineáris szerkezete és a DNS azonos szerkezete feltételezte a genetikai kód jelenlétét, amely két szöveg megfeleltetése, de eltérő ábécével írva. És haismert volt a fehérjék ábécéje, majd a DNS jelei a biológusok, fizikusok és matematikusok tanulmányozásának tárgyává váltak.
Nincs értelme leírni a rejtvény megoldásának lépéseit. C. Janowski és S. Brenner 1964-ben végzett egy közvetlen kísérletet, amely bebizonyította és megerősítette, hogy egyértelmű és következetes összefüggés van a DNS kodonok és a fehérje aminosavai között. És akkor - a genetikai kód in vitro (in vitro) megfejtésének időszaka a fehérjeszintézis technikáival sejtmentes struktúrákban.
A teljesen megfejtett E. coli kódot 1966-ban hozták nyilvánosságra egy biológusok szimpóziumon Cold Spring Harborban (USA). Ekkor fedezték fel a genetikai kód redundanciáját (degenerációját). Hogy ez mit jelent, azt egészen egyszerűen elmagyarázták.
A dekódolás folytatódik
Az örökletes kód dekódolására vonatkozó adatok beszerzése a múlt század egyik legjelentősebb eseményévé vált. Napjainkban a tudomány továbbra is mélyrehatóan tanulmányozza a molekuláris kódolások mechanizmusait és annak szisztémás jellemzőit, valamint a jelek túlzott bőségét, ami a genetikai kód degenerálódásának tulajdonságát fejezi ki. Külön tudományágat képez az örökítőanyag kódrendszerének kialakulása és fejlődése. A polinukleotidok (DNS) és a polipeptidek (fehérjék) kapcsolatának bizonyítékai lendületet adtak a molekuláris biológia fejlődésének. És ez viszont a biotechnológiának, a biomérnöki tudománynak, a szelekció és a növénytermesztés felfedezéseinek.
Dogmák és szabályok
A molekuláris biológia fő dogmája – az információ a DNS-ből az információba kerülRNS, majd onnan fehérjévé. Ellenkező irányban lehetséges az RNS-ről a DNS-re és az RNS-ről egy másik RNS-re történő átvitel.
De a mátrix vagy az alap mindig a DNS. És az információátadás minden egyéb alapvető jellemzője az átvitel e mátrix jellegének a tükörképe. Mégpedig más molekulák mátrixán való szintézis útján történő átvitele, amely az örökletes információ reprodukciójának szerkezetévé válik.
Genetikai kód
A fehérjemolekulák szerkezetének lineáris kódolása a nukleotidok komplementer kodonjai (triplettek) felhasználásával történik, amelyekből csak 4 van (adein, guanin, citozin, timin (uracil)), ami spontán módon a képződéshez vezet. egy másik nukleotidláncról. A nukleotidok azonos száma és kémiai komplementaritása a fő feltétele egy ilyen szintézisnek. De a fehérjemolekula kialakulása során nincs összefüggés a monomerek mennyisége és minősége között (a DNS-nukleotidok fehérje aminosavak). Ez a természetes öröklődő kód – egy rendszer, amely a nukleotidok (kodonok) szekvenciájába rögzíti a fehérje aminosavainak szekvenciáját.
A genetikai kódnak számos tulajdonsága van:
- Tripletity.
- Egyediség.
- Tájolás.
- Nincs átfedés.
- A genetikai kód redundanciája (degenerációja).
- Sokoldalúság.
Adjunk egy rövid leírást, a biológiai jelentőségre összpontosítva.
Tripletitás, folytonosság és féklámpák
A 61 aminosav mindegyike egy-egy nukleotid szemantikai hármasának (hármasának) felel meg. Három triplett nem hordoz információt az aminosavról, és stopkodonok. A lánc minden nukleotidja egy triplett része, és önmagában nem létezik. Az egyik fehérjéért felelős nukleotidlánc végén és elején stopkodonok találhatók. Elindítják vagy leállítják a transzlációt (egy fehérjemolekula szintézisét).
Speciális, nem átfedő és egyirányú
Minden kodon (triplet) csak egy aminosavat kódol. Mindegyik hármas független a szomszédostól, és nem fedi egymást. Egy nukleotid csak egy hármasban szerepelhet a láncban. A fehérjeszintézis mindig csak egy irányba megy, amit stopkodonok szabályoznak.
A genetikai kód redundanciái
Minden nukleotidhármas egy aminosavat kódol. Összesen 64 nukleotid van, ebből 61 aminosavakat (szensz kodont) kódol, három pedig értelmetlen, vagyis nem kódol aminosavat (stopkodonok). A genetikai kód redundanciája (degeneráltsága) abban a tényben rejlik, hogy mindegyik tripletben végrehajthatók szubsztitúciók - radikális (aminosavpótláshoz vezet) és konzervatív (nem változtatja meg az aminosavosztályt). Könnyen kiszámítható, hogy ha egy tripletben 9 szubsztitúció végezhető (1., 2. és 3. pozíció), minden nukleotid helyettesíthető 4 - 1=3 egyéb lehetőséggel, akkor a lehetséges nukleotid helyettesítési lehetőségek száma összesen 61 lesz. x 9=549.
A genetikai kód degeneráltsága abban nyilvánul meg, hogy 549 változat sokkal több, mint21 aminosav információinak kódolásához szükséges. Ugyanakkor az 549 változatból 23 szubsztitúció stopkodonok kialakulásához vezet, 134 + 230 szubsztitúció konzervatív, 162 szubsztitúció pedig radikális.
A degeneráltság és kirekesztés szabálya
Ha két kodonnak két azonos első nukleotidja van, a többi pedig ugyanabba az osztályba tartozó nukleotid (purin vagy pirimidin), akkor ugyanarról az aminosavról hordoznak információt. Ez a genetikai kód degenerációjának vagy redundanciájának szabálya. Két kivétel – AUA és UGA – az első a metionint kódolja, bár izoleucinnak kellene lennie, a második pedig egy stopkodon, bár triptofánt kellene kódolnia.
A degeneráltság és az egyetemesség jelentése
A genetikai kód e két tulajdonságának van a legnagyobb biológiai jelentősége. A fent felsorolt tulajdonságok mindegyike jellemző a bolygónkon élő élőlények minden formájának örökletes információira.
A genetikai kód degeneráltságának adaptív értéke van, mint például egy aminosav kódjának többszörös megkettőzése. Ez ráadásul a kodon harmadik nukleotidjának jelentőségének csökkenését (degeneráltságát) jelenti. Ez az opció minimalizálja a DNS mutációs károsodását, ami a fehérje szerkezetének súlyos megsértéséhez vezet. Ez a bolygó élő szervezeteinek védekező mechanizmusa.
