Genetisk kod: Egenskaper och undantag från genetisk kod

Läs den här artikeln för att lära dig om den genetiska koden: egenskaper och undantag från genetisk kod

Även om DNA består av endast fyra typer av nukleotider, kan den senare placeras på otaliga sätt. Således kan en DNA-kedja med endast tio nukleotidlängder ha 4 10 eller 1 048 576 typer av strängar. Eftersom en enda DNA-molekyl har flera tusen nukleotider kan en gränslös specificitet införlivas i DNA: n.

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

Det finns en intim koppling mellan gener och syntes av polypeptider eller enzymer. I modern terminologi hänvisar en gen till en cistron av DNA. En cistron är gjord av ett stort antal nukleotider. Arrangemang av nukleotider eller deras kvävebaser är förenad med syntesen av proteiner genom att påverka införlivandet av aminosyror i dem. Förhållandet mellan sekvensen av aminosyror i en polypeptid och nukleotidsekvens av DNA eller mRNA kallas genetisk kod.

Det finns ett problem. DNA innehåller bara fyra typer av kvävebaser eller nukleotider medan antalet aminosyror är 20. Det var därför hypotes av George Gamow, en fysiker, att triplettkoden (bestående av tre intilliggande baser för en aminosyra) är operativ. Ett antal undersökningar har bidragit till att dechiffrera den genetiska koden på 1960-talet, t.ex. Francis HC Crick, Severo Ochoa, Marshal W. Nirenberg, Hargobind Khorana och JH Matthaei.

Severo Ochoa upptäckte polynukleotidfosforylas som kunde polymerisera ribonukleotider för att producera RNA utan någon mall. Hargobind Khorana utvecklade tekniken att syntetisera RNA-molekyler med väldefinierad kombination av baser (homopolymerer och sampolymerer).

Marshall Nirenberg upptäckte metoden för proteinsyntes i cellfria system. År 1968 tilldelades Nobelpriset till Holley, Nirenberg och Khorana för deras arbete med genetisk kod och dess arbete. De olika undersökningarna som hjälpte till att dechiffrera triplettgenetiska koden är följande:

1. Crick et al (1961) observerade att deletion eller tillsats av ett eller två baspar i DNA av T4 bakteriofag störd normal DNA-funktion. När tre baspar tillsattes eller togs bort var emellertid störningen minimal.

2. Nirenberg och Matthaei (1961) hävdade att en enda kod (en aminosyra specificerad av en kvävebas) kan ange endast 4 syror (4 1 ), en dubblettkod endast 16 (4 2 ) medan en tripletkod kan ange upp till 64 aminosyror (43). Eftersom det finns 20 aminosyror kan en triplettkod (tre kvävebaser för en aminosyra) vara operativ.

3. Nirenberg (1961) framställde polymerer av de fyra nukleotiderna - UUUUUU .. (Polyuridylsyra), CCCCCC ... (Polycytidylsyra), AAAAAA ... (polyadenylsyra) och GGGGGG ... (Polyguanylsyra). Han observerade att poly-U stimulerade bildningen av polyphenylanalin, poly-C av polyprolin medan poly-A hjälpte till att bilda polylysin. Poly-G fungerade emellertid inte (det bildade tredubbla strukturer som inte fungerar i översättning). Senare fann man att GGG kodade för aminosyra glycin.

4. Khorana (1964) syntetiserade sampolymerer av nukleotider som UGUGUGUG ... och observerade att de stimulerade bildandet av polypeptider som alternerande liknar aminosyror som cystein-valin-cystein. Detta är endast möjligt om tre närliggande nukleotider anger en aminosyra (t.ex. UGU) och andra tre den andra aminosyran (t.ex. GUG).

5. Triplettkodonerna bekräftades genom in vivo kodonuppgift genom:

(i) aminosyrautbytesstudier

(ii) ramskiftmutationer.

6. Långsamt togs alla kodoner ut (tabell 6.4). Vissa aminosyror specificeras av mer än ett kodon. Kodespråken av DNA och mRNA är komplementära. Således är de två kodonerna för fenylalanin UUU och UUC i fallet med mRNA medan de är AAA och AAG för DNA. Normalt representerar genetisk kod mRNA-språk. Detta beror på att de cytoplasmatiska beståndsdelarna kan läsa koden från mRNA och inte DNA närvarande i kärnan.

kännetecken:

1. Tripletkod:

Tre intilliggande kvävebaser utgör en kodon som specificerar placeringen av en aminosyra i en polypeptid.

2. Startsignal:

Polypeptidsyntesen signaleras av två initieringskodoner - vanligen AUG eller metioninkodon och rafdly GUG eller valinkodon. De har dubbla funktioner.

3. Stoppsignal:

Polypeptidkedjans avslutning signaleras av tre termineringskodoner - UAA (ocker), UAG (rav) och UGA (opal). De anger inte någon aminosyra och kallas därför även nonsenskodoner.

4. Universal kod:

Den genetiska koden är universell, dvs. en kodon anger samma aminosyra från ett virus till ett träd eller en människa. Således producerar mRNA från kycklingövdjur som introduceras i Escherichia coli ovalbumen i bakterien exakt lik den som bildas hos kyckling.

5. Nonambiguous Codons:

Ett kodon anger endast en aminosyra och inte någon annan.

6. Relaterade kodoner:

Aminosyror med liknande egenskaper har relaterade kodoner, t ex aromatiska aminosyror tryptofan (UGG), fenylalanin (UUC, UUU), tyrosin (UAC, UAU).

7. Allmänhet:

Den genetiska koden är kontinuerlig och har inte paus efter tripletterna. Om en nukleotid raderas eller tillsätts, läser hela genetiska koden på olika sätt. Sålunda specificeras en polypeptid med 50 aminosyror av en linjär sekvens av 150 nukleotider. Om en nukleotid tillsätts eller raderas i mitten av denna sekvens, kommer de första 25 aminosyrorna av polypeptiden att vara samma men nästa 25 aminosyror kommer att vara ganska olika.

8. Polaritet:

Genetisk kod har en polaritet. Kod för mRNA läses från 5 '-> 3' riktning.

9. Överlappande kod:

En kvävebas specificeras endast av en kodon.

10. Degeneracy of Code:

Eftersom det finns 64 triplettkodoner och endast 20 aminosyror, måste införlivandet av vissa aminosyror påverkas av mer än ett kodon. Endast tryptofan (UGG) och metionin (AUG) specificeras av enkla kodoner. Alla andra aminosyror specificeras av två (t.ex. fenylalanin - UUU, UUC) till sex (t.ex. arginin - CGU, CGC, CGA, CGG AGA, AGG) kodoner.

De senare kallas degenererade eller överflödiga kodoner. I degenererade kodoner är i allmänhet de två första kvävebaserna likartade medan den tredje är annorlunda. Eftersom den tredje kvävebasen inte har någon effekt på kodningen, kallas det samma wobble positionen (Wobble hypothesis; Crick, 1966).

11. Colinearity:

Både polypeptiden och DNA eller mRNA har ett linjärt arrangemang av deras komponenter. Vidare motsvarar sekvensen av triplettnukleotidbaser i DNA eller mRNA sekvensen av aminosyror i polypeptiden som tillverkas under ledning av den tidigare. Förändring av kodonsekvensen alstrar också en liknande förändring i aminosyrasekvens av polypeptid.

12. Cistron-Polypeptid Paritet:

En del av DNA som heter cistron (= gen) specificerar bildningen av en viss polypeptid. Det betyder att det genetiska systemet ska ha så många cistrons (= gener) som de typer av polypeptider som finns i organismen.

undantag:

1. Olika kodoner:

I Paramecium och några andra ciliater avslutas kodonerna UAA och UGA-kod för glutamin.

2. Överlappande gener:

ф x 174 har 5375 nukleotider som kodar för 10 proteiner som kräver mer än 6000 baser. Tre av dess gener E, В och K överlappar andra gener. Nukleotidsekvensen vid början av E-genen finns inom gen D. På samma sätt överlappar genen k med generna A och C. Ett liknande tillstånd återfinns i SV-40.

3. Mitokondriella gener:

AGG- och AGA-kod för arginin men fungerar som stoppsignaler i humant mitokondrion. UGA, ett termineringskodon, motsvarar tryptofan medan AUA (kodon för isoleucin) betecknar metionin i humana mitokondrier.