9 Viktiga egenskaper hos genetisk kod

Några av de viktigaste egenskaperna hos genetiska koder är följande:

1. Koden är ett triplettkodon:

Nukleotiderna av mRNA är anordnade som en linjär sekvens av kodoner, varvid varje kodon består av tre successiva kvävebaser, dvs koden är en triplettkodon. Konceptet av tripletkodon har fått stöd av två typer av punktmutationer: ramförskjutningsmutationer och basutbyten.

(i) Frameshift mutationer:

Uppenbarligen läses det genetiska budskapet en gång på en bestämd punkt i en bestämd ram i en serie med tre bokstavsord. Ramverket skulle störas så fort det finns en radering eller tillägg av en eller flera baser.

När sådana ramförskjutningsmutationer korsades, producerar de i vissa kombinationer de vanliga genen av vild typ. Det drogs slutsatsen att en av dem var borttagning och den andra ett tillägg, så att den störda ordningen av ramen på grund av mutation kommer att återställas av den andra (fig 38.26).

(ii) basutbyte:

Om i en mRNA-molekyl vid en viss punkt, ett baspar ersätts med en annan utan någon deletion eller addition, kommer betydelsen av ett kodon innehållande en sådan förändrad bas att ändras. Följaktligen kommer i stället för en särskild aminosyra vid ett visst läge i en polypeptid att införlivas en annan aminosyra.

Image Courtesy: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

Till exempel, på grund av substitutionsmutation, i genen för tryptofan-syntetasenzym i E. coli, blir GGA-kodonet för glycin ett missionskodon AGA som kodar för arginin. Missionscodon är ett kodon som genomgår en förändring för att specificera en annan aminosyra.

Ett mer direkt bevis för en tripletkod kom från upptäckten att ett stycke mRNA innehållande 90 nukleotider motsvarade en polypeptidkedja med 30 aminosyror i en växande hemoglobinmolekyl. På liknande sätt leder 1200 nukleotider av "satellit" tobaksnekrosvirus syntesen av skiktproteinmolekyler som har 372 aminosyror.

2. Koden är inte överlappande:

Vid översättande av mRNA-molekyler överlappar kodonerna inte varandra men läses "sekventiellt" (fig 38.27). Således betyder en icke-överlappande kod att en bas i ett mRNA inte används för olika kodoner. I figur 38.28 har det visat sig att en överlappande kod kan innebära kodning för fyra aminosyror från sex baser.

I själva verket kodar sex baser dock inte mer än två aminosyror. I fall av en överlappande kod kommer en enda ändring (av substitutionstyp) i bassekvensen att reflekteras i substitutioner av mer än en aminosyra i motsvarande protein. Många exempel har ackumulerats sedan 1956, i vilket en enkel bassubstitution resulterar i en enda aminosyraförändring i insulin, tryptofansyntas, TMV-kappprotein, alkaliskt fosfatas, hemoglobin etc.

Det har emellertid visat sig att i bakteriofagen ɸ × 174 finns möjlighet att överlappa generna och kodonerna (Barrel and colleagues, 1976, Sanger, et al., 1977).

3. Koden är avgörande:

Den genetiska koden är volym, vilket innebär att ingen kodon är reserverad för skiljetecken. Det betyder att efter en aminosyra kodas kommer den andra aminosyran automatiskt, kodas av de följande tre bokstäverna och att inga bokstäver slösas bort som skiljetecken (bild 38.29).

4. Koden är inte tvetydig:

Icke-tvetydig kod betyder att ett särskilt kodon alltid kommer att kodas för samma aminosyra. Vid tvetydig kod kan samma kodon ha olika betydelser eller med andra ord, samma kodon skulle kunna koda två eller fler än två olika aminosyror. I allmänhet ska samma kodon som regel inte kodas för två olika aminosyror.

Det finns emellertid några rapporterade undantag till denna regel: kodonerna AUG och GUG båda kan koda för metionin som initierande eller startande kodon, även om GUG är menat för valin. På samma sätt kodar GGA-kodon för två aminosyror glycin och glutaminsyra.

5. Koden har polaritet:

Koden läses alltid i en fast riktning, dvs i 5 '→ 3' riktningen. Med andra ord har kodonen en polaritet. Det är uppenbart att om koden läses i motsatta riktningar skulle den ange två olika proteiner, eftersom kodonen skulle ha omvänd bassekvens:

6. Koden är degenererad:

Mer än ett kodon kan ange samma aminosyra; detta kallas degeneration av koden. Till exempel, förutom tryptofan och metionin, som har en enda kodon vardera, har alla andra 18 aminosyror mer än ett kodon. Sålunda har nio aminosyror, nämligen fenylalanin, tyrosin, histidin, glutamin, asparagin, lysin, asparaginsyra, glutaminsyra och cystein, två kodoner vardera. Isoleucin har tre kodoner. Fem aminosyror, nämligen valin, prolin, treonin, alanin och glycin, har fyra kodoner vardera. Tre aminosyror, nämligen leucin, arginin och serin, har sex kodoner vardera (se tabell 38.5).

Koden degeneracy är i grunden av två typer: delvis och komplett. Partiell degenerering uppträder när de första två nukleotiderna är identiska men den tredje (dvs. 3'-bas) nukleotiden av degenererade kodonerna skiljer sig, t.ex. CUU- och CUC-kod för leucin. Fullständig degenerering uppträder när någon av de fyra baserna kan ta tredje position och fortfarande kod för samma aminosyra (t.ex. UCU, UCC, UCA och UCG-kod för serin).

Degeneracy av genetisk kod har vissa biologiska fördelar. Till exempel tillåter det väsentligen samma komplement av enzymer och andra proteiner som specificeras av mikroorganismer som varierar mycket i deras DNA-baskomposition. Degeneracy ger också en mekanism för att minimera mutationell dödlighet.

7. Vissa koder fungerar som startkodon:

I de flesta organismer är AUG-kodon start- eller initieringskodon, dvs polypeptidkedjan startar antingen med metionin (eukaryoter) eller N-formylmetionin (prokaryoter). Metionyl eller N-formylmetionyl-tRNA binds specifikt till initieringsstället för mRNA innehållande AUG-initieringskodonet. I sällsynta fall tjänar GUG också som initieringskodon, t ex bakterieproteinsyntes. Normalt används GUG-koder för valin, men när normalt AUG-kodon förloras genom radering används endast GUG som initieringskodon.

8. Vissa koder fungerar som stoppkodon:

Tre kodoner UAG, UAA och UGA är kedjestopp eller termineringskodon. De kodar inte för någon av aminosyrorna. Dessa kodoner läses inte av några tRNA-molekyler (via deras antikodoner), men läses av vissa specifika proteiner, som kallas frisättningsfaktorer (t.ex. RF-1, RF-2, RF-3 i prokaryoter och RF i eukaryoter). Dessa kodoner kallas också nonsenskodoner, eftersom de inte anger någon aminosyra.

UAG var det första termineringskodon som upptäcktes av Sidney Brenner (1965). Det namngavs bärnstensfärgat efter en doktorand som heter Bernstein (= det tyska ordet för "bärnstensfärg" och gult betyder brunt gul) som hjälper till att upptäcka en klass av mutationer. Uppenbarligen, för att ge enhetlighet, de andra två termineringscodonerna också uppkallades efter färger som ovar för UAA och opal eller umber för UGA. (Ocher betyder gul röd eller ljusgul; opal betyder mjölkvit och umber betyder brun). Förekomsten av mer än ett stoppkodon kan vara en säkerhetsåtgärd, om det första codonet inte fungerar.

9. Koden är universell:

Samma genetiska kod finns giltig för alla organismer som sträcker sig från bakterier till människa. Kodens universalitet demonstrerades av Marshall, Caskey och Nirenberg (1967) som fann att E. coli (Bacterium), Xenopus laevis (Amphibian) och marsvin (däggdjur) aminoacyl-tRNA använder nästan samma kod. Nirenberg har också uppgett att den genetiska koden kan ha utvecklats för 3 miljarder år sedan med de första bakterierna, och det har förändrats väldigt lite under utvecklingen av levande organismer.

Nyligen har vissa skillnader upptäckts mellan den universella genetiska koden och mitokondriella genetiska koden (tabell 38.6).

Tabell 38.6. Skillnader mellan "universell genetisk kod" och två mitokondriella genetiska koder:

* Kursiv typ indikerar att koden skiljer sig från "universal" -koden.