Degenerace genetického kódu: obecné informace

Genetický kód, vyjádřený v kodonech, je systém kódování informací o struktuře proteinů, které jsou vlastní všem živým organismům planety. Jeho dekódování trvalo deset let, ale skutečnost, že existuje, věda pochopila téměř století. Univerzálnost, specificita, jednoznačnost a zejména degenerace genetického kódu mají velký biologický význam.

Historie objevů

Problém kódování genetických informací byl vždy klíčový v biologii. K matricové struktuře genetického kódu se věda pohybovala poměrně pomalu. Od objevu J. Watsona a F. Cricka v roce 1953 začala dvojitá spirálová struktura DNA ve fázi odhalení samotné struktury kódu, která vyvolala víru ve velikost přírody. Lineární struktura proteinů a stejná struktura DNA naznačují existenci genetického kódu jako korespondence mezi dvěma texty, ale zaznamenávají se různými abecedami. A jestli byla známá abeceda proteinů, DNA značky se staly předmětem studia biologů, fyziků a matematiků.

Nemá smysl popisovat všechny kroky při řešení této hádanky. Přímý experiment, který dokázal a potvrdil, že existuje jasná a konzistentní korespondence mezi kodony DNA a aminokyselinami proteinu, byla provedena v roce 1964 J. Janowskim a S. Brennerem. A pak - doba dekódování genetického kódu in vitro (in vitro) za použití technik syntézy bílkovin v strukturách bez buněk.

Plně dešifrovaný kód E. Coli byl publikován v roce 1966 na symposiu biologů v Cold Spring Harbor (USA). Poté byla objevena redundance (degenerace) genetického kódu. Co to znamená, bylo to prostě vysvětleno.

Dekódování pokračuje

Získání údajů o dekódování dědičného kódu se stalo jednou z nejvýznamnějších událostí minulého století. Dnes věda pokračuje v hloubkovém zkoumání mechanismů molekulového kódování a jeho systémových rysů a nadbytku znaků, v nichž je vyjádřena degenerace genetického kódu. Samostatným oborem studia je vznik a vývoj kódovacího systému pro dědičný materiál. Důkaz o spojení polynukleotidů (DNA) a polypeptidů (proteinů) dává impuls vývoji molekulární biologie. A to zase biotechnologie, bioinženýrství, objevy v chovu a pěstování rostlin.

Dogma a pravidla

Hlavní dogma molekulární biologie je informace přenášená z DNA na informační RNA a pak z ní na bílkovinu. V opačném směru je přenos možný s RNA na DNA a s RNA na jiné RNA.

Ale matrice nebo základna je vždy DNA. A všechny ostatní základní rysy přenosu informací jsou odrazem této maticové povahy přenosu. Konkrétně přenos pomocí syntézy na matrici jiných molekul, který se stane strukturou reprodukce dědičných informací.

Genetický kód

Linka kódování strukturu proteinových molekul pomocí komplementárních kodony (trojčata) nukleotidy, které se pouze 4 (adein, guanin, cytosin, thymin (uracil)), které se samovolně vede k tvorbě dalších řetězců nukleotidů. Stejný počet a chemická komplementarita nukleotidů je hlavní podmínkou takové syntézy. Ale když se vytváří proteinová molekula, neexistuje kvalita kvantity a kvality monomerů (DNA nukleotidy - aminokyseliny proteinu). Jedná se o přirozený dědičný kód - systém záznamu sekvencí aminokyselin v proteinu v sekvenci nukleotidů (kodonů).

Genetický kód má několik vlastností:

• Triplet.
• Jedinečnost.
• Direktivita.
• Nepřekrývají se.
• Redundance (degenerace) genetického kódu.
• Všestrannost.

Zde je stručný popis, zaměřený na biologický význam.

Triplet, kontinuita a přítomnost brzd

Každá ze 61 aminokyselin odpovídá jednomu tripletu (tripletu) nukleotidů. Tři triplety nesou informace o aminokyselině a jsou stop kodony. Každý nukleotid v řetězci je součástí tripletu a neexistuje sám o sobě. Na konci a na začátku řetězce nukleotidů odpovědných za jediný protein jsou stop kodony. Zahajují nebo zastavují translaci (syntézu proteinové molekuly).

Specificita, nepřekrývající se a jednoznačná

Každý kodon (triplet) kóduje pouze jednu aminokyselinu. Každá trojice nezávisí na sousední a nepřekrývá se. Jeden nukleotid může do řetězce vstoupit pouze jeden triplet. Syntéza proteinu je vždy pouze v jednom směru, který reguluje stop kodony.

Redundance genetického kódu

Každá trojice nukleotidů kóduje jednu aminokyselinu. Celkem 64 nukleotidů, 61 z nich - kódované aminokyseliny (smysl kodonu), a tři - bezvýznamný, tedy aminokyselina nekóduje (stop kodony). Redundance (degenerace) genetického kódu, je to, že substituce mohou být provedeny v každé trojice - radikál (což vede k aminokyselinové nahrazení kyseliny) a konzervativní (aminokyseliny nemění třída). To lze snadno spočítat, že v případě, že triplet může být provedena 9 substituce (1, 2 a 3 pozice), každý nukleotid může být nahrazen 4 - 1 = 3, ostatní provedení je celkový počet možných substitucí nukleotidů bude 61 až 9 = 549.

Degenerace genetického kódu se projevuje ve skutečnosti, že 549 variant je mnohem víc, než je nezbytné pro kódování informací o 21 aminokyselinách. Z 549 variant, 23 výměn bude mít za následek vytvoření stop kodonů, 134 + 230 nahrazení jsou konzervativní a 162 substitucí je radikální.

Pravidlo degenerace a vyloučení

Jestliže dva kodony mají dva identické první nukleotidy a zbývající jsou nukleotidy stejné třídy (purin nebo pyrimidin), nesou informace o stejné aminokyselině. Toto je pravidlo degenerace nebo nadbytečnosti genetického kódu. Dvě výjimky - AUA a UGA - první kóduje methionin, i když by se isoleucinu, a druhá - stop kodon, ale bude muset kódovat tryptofan.

Význam degenerace a univerzálnosti

Tyto dva vlastnosti genetického kódu mají největší biologický význam. Všechny vlastnosti uvedené výše jsou charakteristické pro dědičnou informaci o všech formách živých organismů na naší planetě.

Degenerace genetického kódu má adaptivní hodnotu, jako je mnohočetná duplikace kódu jednoho aminokyseliny. Navíc to znamená snížení významu (degenerace) třetího nukleotidu v kodonu. Tato možnost minimalizuje mutační poškození v DNA, což povede k hrubému porušení struktury proteinu. Jedná se o ochranný mechanismus živých organismů planety.