Leksioni 5. Kodi gjenetik
Përkufizimi i konceptit
Kodi gjenetik është një sistem për regjistrimin e informacionit në lidhje me sekuencën e aminoacideve në proteina duke përdorur sekuencën e nukleotideve në ADN.
Meqenëse ADN-ja nuk është e përfshirë drejtpërdrejt në sintezën e proteinave, kodi shkruhet në gjuhën e ARN-së. ARN përmban uracil në vend të timinës.
Vetitë e kodit gjenetik
1. Tripletë
Çdo aminoacid është i koduar nga një sekuencë prej 3 nukleotidesh.
Përkufizimi: një treshe ose kodon është një sekuencë e tre nukleotideve që kodojnë një aminoacid.
Kodi nuk mund të jetë monoplet, pasi 4 (numri i nukleotideve të ndryshme në ADN) është më pak se 20. Kodi nuk mund të dyfishohet, sepse 16 (numri i kombinimeve dhe permutacioneve të 4 nukleotideve nga 2) është më pak se 20. Kodi mund të jetë i trefishtë, sepse 64 (numri i kombinimeve dhe permutacioneve nga 4 në 3) është më shumë se 20.
2. Degjenerimi.
Të gjitha aminoacidet, me përjashtim të metioninës dhe triptofanit, janë të koduara nga më shumë se një treshe:
2 AK për 1 treshe = 2.
9 AK, 2 treshe secila = 18.
1 AK 3 treshe = 3.
5 AK nga 4 treshe = 20.
3 AK nga 6 treshe = 18.
Gjithsej 61 treshe kodojnë 20 aminoacide.
3. Prania e shenjave intergjenike të pikësimit.
Përkufizimi:
Gjeni - një pjesë e ADN-së që kodon një zinxhir polipeptid ose një molekulë tARN, rARN osesARN.
GjenettARN, rARN, sARNproteinat nuk janë të koduara.
Në fund të çdo gjeni që kodon një polipeptid ka të paktën një nga 3 treshe që kodojnë kodonet e ndalimit të ARN-së ose sinjalet e ndalimit. Në mRNA ato kanë formën e mëposhtme: UAA, UAG, UGA . Ata e ndërpresin (përfundojnë) transmetimin.
Në mënyrë konvencionale, kodoni gjithashtu u përket shenjave të pikësimit GASHT - i pari pas sekuencës drejtuese. (Shih Leksionin 8) Ajo funksionon si një shkronjë e madhe. Në këtë pozicion ai kodon formilmetioninë (në prokariote).
4. Paqartësia.
Çdo treshe kodon vetëm një aminoacid ose është një terminator përkthimi.
Përjashtim bën kodoni GASHT . Tek prokariotët, në pozicionin e parë (shkronja e madhe) kodon formilmetioninën, dhe në çdo pozicion tjetër kodon metioninën.
5. Kompaktësia, ose mungesa e shenjave intragjenike të pikësimit.
Brenda një gjeni, çdo nukleotid është pjesë e një kodoni të rëndësishëm.
Në vitin 1961, Seymour Benzer dhe Francis Crick vërtetuan eksperimentalisht natyrën treshe të kodit dhe kompaktësinë e tij.
Thelbi i eksperimentit: mutacioni "+" - futja e një nukleotidi. Mutacioni "-" - humbja e një nukleotidi. Një mutacion i vetëm "+" ose "-" në fillim të një gjeni prish të gjithë gjenin. Një mutacion i dyfishtë "+" ose "-" gjithashtu prish të gjithë gjenin.
Një mutacion i trefishtë "+" ose "-" në fillim të një gjeni prish vetëm një pjesë të tij. Një mutacion i katërfishtë "+" ose "-" përsëri prish të gjithë gjenin.
Eksperimenti e vërteton këtë Kodi transkriptohet dhe nuk ka asnjë shenjë pikësimi brenda gjenit. Eksperimenti u krye në dy gjene fag ngjitur dhe tregoi, përveç kësaj, prania e shenjave të pikësimit midis gjeneve.
6. Shkathtësia.
Kodi gjenetik është i njëjtë për të gjitha krijesat që jetojnë në Tokë.
Në vitin 1979, Burrell u hap ideale kodi i mitokondrisë njerëzore.
Përkufizimi:
"Ideal" është një kod gjenetik në të cilin rregulli i degjenerimit të kodit pothuajse të dyfishtë plotësohet: Nëse në dy treshe dy nukleotidet e para përkojnë dhe nukleotidet e treta i përkasin të njëjtës klasë (të dyja janë purina ose të dyja janë pirimidine) , atëherë këto treshe kodojnë për të njëjtin aminoacid.
Ekzistojnë dy përjashtime nga ky rregull në kodin universal. Të dy devijimet nga kodi ideal në universal kanë të bëjnë me pikat themelore: fillimi dhe fundi i sintezës së proteinave:
Kodin | Universale kodi | Kodet mitokondriale |
|||
Vertebrorët | Jovertebrorët | Maja | Bimët |
||
STOP | STOP |
||||
Me UA | |||||
A G A | STOP | ||||
STOP | 230 zëvendësime nuk e ndryshojnë klasën e aminoacidit të koduar. ndaj grisjes. Në vitin 1956, Georgiy Gamow propozoi një variant të kodit të mbivendosur. Sipas kodit Gamow, çdo nukleotid, duke filluar nga i treti në gjen, është pjesë e 3 kodoneve. Kur u deshifrua kodi gjenetik, rezultoi se ai nuk ishte i mbivendosur, d.m.th. Çdo nukleotid është pjesë e vetëm një kodoni. Përparësitë e një kodi gjenetik të mbivendosur: kompaktësia, më pak varësia e strukturës së proteinës nga futja ose fshirja e një nukleotidi. Disavantazhi: struktura e proteinave është shumë e varur nga zëvendësimi i nukleotideve dhe kufizimet ndaj fqinjëve. Në vitin 1976, ADN-ja e fagut φX174 u sekuencua. Ajo ka ADN rrethore me një zinxhir të përbërë nga 5375 nukleotide. Fagu dihej se kodonte 9 proteina. Për 6 prej tyre u identifikuan gjenet e vendosura njëri pas tjetrit. Doli se ka një mbivendosje. Gjeni E ndodhet tërësisht brenda gjenit D . Kodoni i tij fillestar rezulton nga një zhvendosje e kornizës së një nukleotidi. gjen J fillon aty ku mbaron gjeni D . Kodoni fillestar i gjenit J mbivendoset me kodonin ndalues të gjenit D si rezultat i zhvendosjes së dy nukleotideve. Ndërtimi quhet "ndërrim i kornizës së leximit" nga një numër nukleotidesh jo shumëfish i tre. Deri më sot, mbivendosja është treguar vetëm për disa fagë. Kapaciteti informativ i ADN-së Në Tokë jetojnë 6 miliardë njerëz. Informacione trashëgimore rreth tyre 4x10 13 faqe libri. Këto faqe do të zënë hapësirën e 6 ndërtesave të NSU. 6x10 9 spermatozoide zënë gjysmën e gishtit. ADN-ja e tyre zë më pak se një të katërtën e gishtit. | ||||
Kodi gjenetik është një mënyrë për të koduar sekuencën e aminoacideve në një molekulë proteine duke përdorur sekuencën e nukleotideve në një molekulë të acidit nukleik. Vetitë e kodit gjenetik lindin nga karakteristikat e këtij kodimi.
Çdo aminoacid proteinik përputhet me tre nukleotide të njëpasnjëshme të acidit nukleik - treshe, ose kodoni. Çdo nukleotid mund të përmbajë një nga katër bazat azotike. Në ARN është adenina(A), uracil(U), guaninë(G), citozina(C). Duke kombinuar bazat azotike (në këtë rast, nukleotidet që i përmbajnë) në mënyra të ndryshme, mund të merrni shumë treshe të ndryshme: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, etj. Numri i përgjithshëm i kombinimeve të mundshme është 64, pra 4 3 .
Proteinat e organizmave të gjallë përmbajnë rreth 20 aminoacide. Nëse natyra "planifikonte" të kodonte çdo aminoacid jo me tre, por me dy nukleotide, atëherë shumëllojshmëria e çifteve të tilla nuk do të mjaftonte, pasi do të kishte vetëm 16 prej tyre, d.m.th. 4 2.
Kështu, vetia kryesore e kodit gjenetik është trefishiteti i tij. Çdo aminoacid është i koduar nga një treshe nukleotidesh.
Meqenëse ka shumë më shumë treshe të ndryshme të mundshme sesa aminoacidet e përdorura në molekulat biologjike, karakteristikat e mëposhtme janë realizuar në natyrën e gjallë: tepricë kodi gjenetik. Shumë aminoacide filluan të kodohen jo nga një kodon, por nga disa. Për shembull, glicina e aminoacideve është e koduar nga katër kodone të ndryshme: GGU, GGC, GGA, GGG. Teprica quhet gjithashtu degjenerimi.
Korrespondenca midis aminoacideve dhe kodoneve tregohet në tabela. Për shembull, këto:
Në lidhje me nukleotidet, kodi gjenetik ka vetinë e mëposhtme: paqartësi(ose specifika): çdo kodon korrespondon me vetëm një aminoacid. Për shembull, kodoni GGU mund të kodojë vetëm për glicinë dhe asnjë aminoacid tjetër.
Përsëri. Teprica do të thotë që disa treshe mund të kodojnë për të njëjtin aminoacid. Specifikimi - çdo kodon specifik mund të kodojë vetëm për një aminoacid.
Nuk ka shenja të veçanta pikësimi në kodin gjenetik (përveç kodoneve të ndalimit, të cilat tregojnë përfundimin e sintezës së polipeptideve). Funksioni i shenjave të pikësimit kryhet nga vetë trenjakët - fundi i njërës do të thotë që një tjetër do të fillojë më pas. Kjo nënkupton dy vetitë e mëposhtme të kodit gjenetik: vazhdimësi Dhe jo të mbivendosura. Vazhdimësia i referohet leximit të trenjakëve menjëherë pas njëri-tjetrit. Jo mbivendosje do të thotë që çdo nukleotid mund të jetë pjesë e vetëm një treshe. Pra, nukleotidi i parë i treshesë së ardhshme vjen gjithmonë pas nukleotidit të tretë të trefishit të mëparshëm. Një kodon nuk mund të fillojë me nukleotidin e dytë ose të tretë të kodonit të mëparshëm. Me fjalë të tjera, kodi nuk mbivendoset.
Kodi gjenetik ka vetinë shkathtësi. Është e njëjtë për të gjithë organizmat në Tokë, gjë që tregon unitetin e origjinës së jetës. Ka përjashtime shumë të rralla për këtë. Për shembull, disa treshe në mitokondri dhe kloroplaste kodojnë aminoacide të ndryshme nga ato të zakonshmet. Kjo mund të sugjerojë që në agimin e jetës kishte ndryshime paksa të ndryshme të kodit gjenetik.
Së fundi, kodi gjenetik ka imuniteti ndaj zhurmës, e cila është pasojë e pasurisë së saj si tepricë. Mutacionet e pikave, të cilat ndonjëherë ndodhin në ADN, zakonisht rezultojnë në zëvendësimin e një baze azotike me një tjetër. Kjo ndryshon treshe. Për shembull, ishte AAA, por pas mutacionit u bë AAG. Sidoqoftë, ndryshime të tilla jo gjithmonë çojnë në një ndryshim të aminoacidit në polipeptidin e sintetizuar, pasi të dy treshe, për shkak të vetive të tepërt të kodit gjenetik, mund të korrespondojnë me një aminoacid. Duke pasur parasysh se mutacionet janë shpesh të dëmshme, vetia e imunitetit ndaj zhurmës është e dobishme.
Më parë, ne theksuam se nukleotidet kanë një veçori të rëndësishme për formimin e jetës në Tokë - në prani të një zinxhiri polinukleotid në një zgjidhje, procesi i formimit të një zinxhiri të dytë (paralel) ndodh spontanisht bazuar në lidhjen plotësuese të nukleotideve të lidhura. . Numri i njëjtë i nukleotideve në të dy zinxhirët dhe afiniteti i tyre kimik janë një kusht i domosdoshëm për zbatimin e këtij lloji të reaksionit. Megjithatë, gjatë sintezës së proteinave, kur informacioni nga mRNA futet në strukturën e proteinave, nuk mund të flitet për respektimin e parimit të komplementaritetit. Kjo për faktin se në mARN dhe në proteinën e sintetizuar jo vetëm që numri i monomerëve është i ndryshëm, por gjithashtu, ajo që është veçanërisht e rëndësishme, nuk ka ngjashmëri strukturore midis tyre (nukleotidet nga njëra anë, aminoacidet nga ana tjetër ). Është e qartë se në këtë rast ekziston nevoja për të krijuar një parim të ri për përkthimin e saktë të informacionit nga një polinukleotid në strukturën e një polipeptidi. Në evolucion, një parim i tillë u krijua dhe baza e tij ishte kodi gjenetik.
Kodi gjenetik është një sistem për regjistrimin e informacionit trashëgues në molekulat e acidit nukleik, bazuar në një alternim të caktuar të sekuencave nukleotide në ADN ose ARN, duke formuar kodone që korrespondojnë me aminoacidet në një proteinë.
Kodi gjenetik ka disa veti.
Tripleti.
Degjenerim ose tepricë.
Padyshim.
Polariteti.
Jo mbivendosje.
Kompaktësia.
Shkathtësi.
Duhet të theksohet se disa autorë propozojnë edhe veti të tjera të kodit që lidhen me karakteristikat kimike të nukleotideve të përfshira në kod ose frekuencën e shfaqjes së aminoacideve individuale në proteinat e trupit, etj. Sidoqoftë, këto veti rrjedhin nga ato të listuara më sipër, kështu që ne do t'i konsiderojmë ato atje.
A. Tripleti. Kodi gjenetik, si shumë sisteme të organizuara kompleksisht, ka njësinë më të vogël strukturore dhe funksionale më të vogël. Një treshe është njësia më e vogël strukturore e kodit gjenetik. Ai përbëhet nga tre nukleotide. Një kodon është njësia më e vogël funksionale e kodit gjenetik. Në mënyrë tipike, treshe të mARN quhen kodone. Në kodin gjenetik, një kodon kryen disa funksione. Së pari, funksioni i tij kryesor është që kodon një aminoacid të vetëm. Së dyti, kodoni mund të mos kodojë për një aminoacid, por, në këtë rast, ai kryen një funksion tjetër (shih më poshtë). Siç shihet nga përkufizimi, një treshe është një koncept që karakterizon elementare njësi strukturore kodi gjenetik (tre nukleotide). Kodoni – karakterizon njësi semantike elementare gjenomi - tre nukleotide përcaktojnë lidhjen e një aminoacidi në zinxhirin polipeptid.
Njësia strukturore elementare fillimisht u deshifrua teorikisht, dhe më pas ekzistenca e saj u konfirmua eksperimentalisht. Në të vërtetë, 20 aminoacide nuk mund të kodohen me një ose dy nukleotide sepse Nga këto të fundit ka vetëm 4. Tre nga katër nukleotide japin 4 3 = 64 variante, që më shumë se mbulon numrin e aminoacideve të disponueshme në organizmat e gjallë (shih tabelën 1).
64 kombinimet e nukleotideve të paraqitura në tabelë kanë dy veçori. Së pari, nga 64 variantet e trefishtë, vetëm 61 janë kodone dhe kodojnë çdo aminoacid, ato quhen kodonet shqisore. Tre treshe nuk kodohen
Tabela 1.
Kodonet e ARN-së së dërguar dhe aminoacidet përkatëse
|
THEMELI I KODONOVIT |
|||||
|
marrëzi |
marrëzi |
||||
|
marrëzi | |||||
|
Meth |
|||||
|
Bosht |
|||||
aminoacidet a janë sinjale ndalimi që tregojnë fundin e përkthimit. Ka tre treshe të tilla - UAA, UAG, UGA, quhen edhe “të pakuptimta” (kodonet e pakuptimta). Si rezultat i një mutacioni, i cili shoqërohet me zëvendësimin e një nukleotidi në një treshe me një tjetër, një kodon i pakuptimtë mund të lindë nga një kodon sens. Ky lloj mutacioni quhet mutacion i pakuptimtë. Nëse një sinjal i tillë ndalimi formohet brenda gjenit (në pjesën e tij të informacionit), atëherë gjatë sintezës së proteinave në këtë vend procesi do të ndërpritet vazhdimisht - do të sintetizohet vetëm pjesa e parë (para sinjalit të ndalimit) e proteinës. Një person me këtë patologji do të përjetojë mungesë proteinash dhe do të përjetojë simptoma që lidhen me këtë mungesë. Për shembull, ky lloj mutacioni u identifikua në gjenin që kodon zinxhirin beta të hemoglobinës. Sintetizohet një zinxhir i shkurtuar i hemoglobinës joaktive, i cili shkatërrohet shpejt. Si rezultat, formohet një molekulë hemoglobine pa një zinxhir beta. Është e qartë se një molekulë e tillë nuk ka gjasa të përmbushë plotësisht detyrat e saj. Shfaqet një sëmundje e rëndë që zhvillohet si anemi hemolitike (talasemia beta-zero, nga fjala greke “Thalas” - Deti Mesdhe, ku u zbulua për herë të parë kjo sëmundje).
Mekanizmi i veprimit të kodoneve ndaluese ndryshon nga mekanizmi i veprimit të kodoneve shqisore. Kjo rrjedh nga fakti se për të gjitha kodonet që kodojnë aminoacide, janë gjetur tARN përkatëse. Nuk u gjetën tARN për kodone të pakuptimta. Rrjedhimisht, tRNA nuk merr pjesë në procesin e ndalimit të sintezës së proteinave.
KodinGASHT (nganjëherë GUG te bakteret) jo vetëm që kodojnë aminoacidet metioninë dhe valinë, por janë gjithashtuiniciator i transmetimit .
b. Degjenerim ose tepricë.
61 nga 64 treshe kodojnë 20 aminoacide. Ky tejkalim trefish i numrit të trinjakëve mbi numrin e aminoacideve sugjeron që dy opsione kodimi mund të përdoren në transferimin e informacionit. Së pari, jo të gjitha 64 kodonet mund të përfshihen në kodimin e 20 aminoacideve, por vetëm 20 dhe, së dyti, aminoacidet mund të kodohen nga disa kodone. Hulumtimet kanë treguar se natyra përdori opsionin e fundit.
Preferenca e tij është e dukshme. Nëse nga 64 treshe variante vetëm 20 do të përfshiheshin në kodimin e aminoacideve, atëherë 44 treshe (nga 64) do të mbeteshin jo-koduese, d.m.th. të pakuptimta (kodonet e pakuptimta). Më parë, ne theksuam se sa e rrezikshme është për jetën e një qelize të transformojë një treshe koduese si rezultat i mutacionit në një kodon të pakuptimtë - kjo çrregullon ndjeshëm funksionimin normal të ARN polimerazës, duke çuar përfundimisht në zhvillimin e sëmundjeve. Aktualisht, tre kodone në gjenomin tonë janë të pakuptimta, por tani imagjinoni se çfarë do të ndodhte nëse numri i kodoneve të pakuptimta do të rritej me rreth 15 herë. Është e qartë se në një situatë të tillë kalimi i kodoneve normale në kodone të pakuptimta do të jetë pa masë më i lartë.
Një kod në të cilin një aminoacid është i koduar nga disa treshe quhet i degjeneruar ose i tepërt. Pothuajse çdo aminoacid ka disa kodone. Kështu, leucina e aminoacideve mund të kodohet nga gjashtë treshe - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valina është e koduar nga katër treshe, fenilalanina nga dy dhe vetëm triptofanit dhe metioninës koduar nga një kodon. Vetia që lidhet me regjistrimin e të njëjtit informacion me simbole të ndryshme quhet degjenerimi.
Numri i kodoneve të përcaktuara për një aminoacid lidhet mirë me frekuencën e shfaqjes së aminoacidit në proteina.
Dhe kjo me shumë mundësi nuk është e rastësishme. Sa më e lartë të jetë frekuenca e shfaqjes së një aminoacidi në një proteinë, sa më shpesh të përfaqësohet kodoni i këtij aminoacidi në gjenom, aq më e lartë është mundësia e dëmtimit të tij nga faktorët mutagjenë. Prandaj, është e qartë se një kodon i mutuar ka një shans më të madh për të koduar të njëjtin aminoacid nëse është shumë i degjeneruar. Nga ky këndvështrim, degjenerimi i kodit gjenetik është një mekanizëm që mbron gjenomin e njeriut nga dëmtimi.
Duhet të theksohet se termi degjenerim përdoret në gjenetikën molekulare në një kuptim tjetër. Kështu, pjesa më e madhe e informacionit në një kodon përmbahet në dy nukleotidet e para; baza në pozicionin e tretë të kodonit rezulton të jetë pak e rëndësishme. Ky fenomen quhet "degjenerimi i bazës së tretë". Karakteristika e fundit minimizon efektin e mutacioneve. Për shembull, dihet se funksioni kryesor i qelizave të kuqe të gjakut është transportimi i oksigjenit nga mushkëritë në inde dhe i dioksidit të karbonit nga indet në mushkëri. Ky funksion kryhet nga pigmenti respirator - hemoglobina, e cila mbush të gjithë citoplazmën e eritrocitit. Ai përbëhet nga një pjesë proteinike - globina, e cila është e koduar nga gjeni përkatës. Përveç proteinave, molekula e hemoglobinës përmban hem, i cili përmban hekur. Mutacionet në gjenet e globinës çojnë në shfaqjen e varianteve të ndryshme të hemoglobinës. Më shpesh, mutacionet shoqërohen me zëvendësimi i një nukleotidi me një tjetër dhe shfaqja e një kodoni të ri në gjen, i cili mund të kodojë një aminoacid të ri në zinxhirin polipeptid të hemoglobinës. Në një treshe, si rezultat i mutacionit, çdo nukleotid mund të zëvendësohet - i pari, i dyti ose i treti. Janë të njohura disa qindra mutacione që ndikojnë në integritetin e gjeneve të globinës. Afër 400 prej të cilave shoqërohen me zëvendësimin e nukleotideve të vetme në një gjen dhe zëvendësimin përkatës të aminoacideve në një polipeptid. Vetëm nga këto 100 zëvendësimet çojnë në paqëndrueshmëri të hemoglobinës dhe lloje të ndryshme sëmundjesh nga të lehta në shumë të rënda. 300 (afërsisht 64%) mutacione zëvendësuese nuk ndikojnë në funksionin e hemoglobinës dhe nuk çojnë në patologji. Një nga arsyet për këtë është "degjenerimi i bazës së tretë" të lartpërmendur, kur një zëvendësim i nukleotidit të tretë në një treshe që kodon serinë, leucinë, prolin, argininë dhe disa aminoacide të tjera çon në shfaqjen e një kodoni sinonim. duke koduar të njëjtin aminoacid. Një mutacion i tillë nuk do të shfaqet në mënyrë fenotipike. Në të kundërt, çdo zëvendësim i nukleotidit të parë ose të dytë në një treshe në 100% të rasteve çon në shfaqjen e një varianti të ri të hemoglobinës. Por edhe në këtë rast mund të mos ketë çrregullime të rënda fenotipike. Arsyeja për këtë është zëvendësimi i një aminoacidi në hemoglobinë me një tjetër të ngjashëm me të parin në vetitë fiziko-kimike. Për shembull, nëse një aminoacid me veti hidrofilike zëvendësohet nga një aminoacid tjetër, por me të njëjtat veti.
Hemoglobina përbëhet nga grupi i porfirinës së hekurit të hemit (molekulat e oksigjenit dhe dioksidit të karbonit janë ngjitur me të) dhe proteina - globina. Hemoglobina e të rriturve (HbA) përmban dy identike -zinxhirët dhe dy -zinxhirët. Molekula -zinxhiri përmban 141 mbetje aminoacide, -zinxhir - 146, - Dhe -zinxhirët ndryshojnë në shumë mbetje aminoacide. Sekuenca e aminoacideve të çdo zinxhiri globin është e koduar nga gjeni i vet. Kodimi i gjeneve -zinxhiri ndodhet në krahun e shkurtër të kromozomit 16, -gjen - në krahun e shkurtër të kromozomit 11. Zëvendësimi në kodimin e gjenit -zinxhiri i hemoglobinës së nukleotidit të parë ose të dytë pothuajse gjithmonë çon në shfaqjen e aminoacideve të reja në proteinë, prishje të funksioneve të hemoglobinës dhe pasoja të rënda për pacientin. Për shembull, zëvendësimi i "C" në një nga trenjakët CAU (histidine) me "Y" do të çojë në shfaqjen e një treshe të re UAU, që kodon një aminoacid tjetër - tirozinë. Fenotipikisht kjo do të shfaqet në një sëmundje të rëndë. zëvendësim i ngjashëm në pozicionin 63 -zinxhiri i polipeptidit të histidinës në tirozinë do të çojë në destabilizimin e hemoglobinës. Sëmundja zhvillohet methemoglobinemia. Zëvendësimi, si rezultat i mutacionit, i acidit glutamik me valinë në pozicionin e 6-të -zinxhiri është shkaktar i sëmundjes më të rëndë - anemisë drapërocitare. Le të mos vazhdojmë listën e trishtuar. Le të vërejmë vetëm se kur zëvendësohen dy nukleotidet e para, mund të shfaqet një aminoacid me veti fiziko-kimike të ngjashme me atë të mëparshmin. Kështu, zëvendësimi i nukleotidit të dytë në një nga trenjakët që kodojnë acidin glutamik (GAA) në -zinxhiri me "U" çon në shfaqjen e një treshe të re (GUA), që kodon valinën dhe duke zëvendësuar nukleotidin e parë me "A" formon trefishin AAA, që kodon aminoacidin lizin. Acidi glutamik dhe lizina janë të ngjashme në vetitë fiziko-kimike - të dyja janë hidrofile. Valina është një aminoacid hidrofobik. Prandaj, zëvendësimi i acidit glutamik hidrofilik me valinë hidrofobike ndryshon ndjeshëm vetitë e hemoglobinës, e cila përfundimisht çon në zhvillimin e anemisë së qelizave drapër, ndërsa zëvendësimi i acidit glutamik hidrofilik me lizinën hidrofilike ndryshon funksionin e hemoglobinës në një masë më të vogël - pacientët zhvillojnë një formë të butë. të anemisë. Si rezultat i zëvendësimit të bazës së tretë, tresheja e re mund të kodojë të njëjtat aminoacide si ajo e mëparshme. Për shembull, nëse në treshe CAC uracili u zëvendësua nga citozina dhe u shfaq një treshe CAC, atëherë praktikisht nuk do të zbulohen ndryshime fenotipike tek njerëzit. Kjo është e kuptueshme, sepse të dy trinjakët kodojnë për të njëjtin aminoacid - histidinën.
Si përfundim, është e përshtatshme të theksohet se degjenerimi i kodit gjenetik dhe degjenerimi i bazës së tretë nga pikëpamja e përgjithshme biologjike janë mekanizma mbrojtës që janë të qenësishëm në evolucionin në strukturën unike të ADN-së dhe ARN-së.
V. Padyshim.
Çdo treshe (përveç të pakuptimtëve) kodon vetëm një aminoacid. Kështu, në drejtimin kodon - aminoacid kodi gjenetik është i paqartë, në drejtimin aminoacid - kodon është i paqartë (i degjeneruar).
E paqartë
Kodoni i aminoacideve
I degjeneruar
Dhe në këtë rast, nevoja për paqartësi në kodin gjenetik është e dukshme. Në një opsion tjetër, gjatë përkthimit të të njëjtit kodon, aminoacide të ndryshme do të futeshin në zinxhirin proteinik dhe, si rezultat, do të formoheshin proteina me struktura primare të ndryshme dhe funksione të ndryshme. Metabolizmi i qelizave do të kalonte në mënyrën e funksionimit "një gjen - disa polipeptide". Është e qartë se në një situatë të tillë funksioni rregullues i gjeneve do të humbiste plotësisht.
g. Polariteti
Leximi i informacionit nga ADN dhe mRNA ndodh vetëm në një drejtim. Polariteti është i rëndësishëm për përcaktimin e strukturave të rendit më të lartë (sekondare, terciare, etj.). Më parë folëm se si strukturat e rendit më të ulët përcaktojnë strukturat e rendit më të lartë. Struktura terciare dhe strukturat e rendit më të lartë në proteina formohen sapo zinxhiri i sintetizuar i ARN-së largohet nga molekula e ADN-së ose zinxhiri polipeptid largohet nga ribozomi. Ndërsa fundi i lirë i një ARN ose polipeptidi fiton një strukturë terciare, skaji tjetër i zinxhirit vazhdon të sintetizohet në ADN (nëse ARN transkriptohet) ose një ribozom (nëse një polipeptid transkriptohet).
Prandaj, procesi i njëanshëm i leximit të informacionit (gjatë sintezës së ARN-së dhe proteinës) është thelbësor jo vetëm për përcaktimin e sekuencës së nukleotideve ose aminoacideve në substancën e sintetizuar, por edhe për përcaktimin e rreptë të dytësisë, terciare, etj. strukturat.
d. Jo mbivendosje.
Kodi mund të jetë i mbivendosur ose jo i mbivendosur. Shumica e organizmave kanë një kod që nuk mbivendoset. Kodi i mbivendosur gjendet në disa fagë.
Thelbi i një kodi jo të mbivendosur është se një nukleotid i një kodoni nuk mund të jetë njëkohësisht një nukleotid i një kodoni tjetër. Nëse kodi mbivendosej, atëherë sekuenca e shtatë nukleotideve (GCUGCUG) mund të kodonte jo dy aminoacide (alaninë-alaninë) (Fig. 33, A) si në rastin e një kodi jo të mbivendosur, por tre (nëse ka një nukleotid i përbashkët) (Fig. 33, B) ose pesë (nëse dy nukleotide janë të zakonshme) (shih Fig. 33, C). Në dy rastet e fundit, një mutacion i çdo nukleotidi do të çonte në një shkelje në sekuencën dy, tre, etj. aminoacidet.
Megjithatë, është vërtetuar se një mutacion i një nukleotidi gjithmonë prish përfshirjen e një aminoacidi në një polipeptid. Ky është një argument domethënës se kodi nuk është i mbivendosur.
Le ta shpjegojmë këtë në Figurën 34. Vijat e trasha tregojnë treshe që kodojnë aminoacidet në rastin e kodit jo të mbivendosur dhe të mbivendosur. Eksperimentet kanë treguar qartë se kodi gjenetik nuk është i mbivendosur. Pa hyrë në detaje të eksperimentit, vërejmë se nëse zëvendësoni nukleotidin e tretë në sekuencën e nukleotideve (shih Fig. 34)U (shënuar me një yll) për diçka tjetër:
1. Me një kod që nuk mbivendoset, proteina e kontrolluar nga kjo sekuencë do të kishte një zëvendësim të një aminoacidi (të parë) (të shënuar me yll).
2. Me një kod të mbivendosur në opsionin A, do të ndodhte një zëvendësim në dy aminoacide (të parë dhe të dytë) (të shënuar me yll). Sipas opsionit B, zëvendësimi do të prekte tre aminoacide (të shënuara me yll).
Sidoqoftë, eksperimente të shumta kanë treguar se kur një nukleotid në ADN prishet, ndërprerja në proteinë gjithmonë prek vetëm një aminoacid, i cili është tipik për një kod që nuk mbivendoset.
GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG
GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU
*** *** *** *** *** ***
Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley
A B C
Kod jo i mbivendosur Kodi i mbivendosjes
Oriz. 34. Një diagram që shpjegon praninë e një kodi jo të mbivendosur në gjenom (shpjegimi në tekst).
Mos mbivendosja e kodit gjenetik shoqërohet me një pronë tjetër - leximi i informacionit fillon nga një pikë e caktuar - sinjali i fillimit. Një sinjal i tillë inicimi në mARN është kodoni që kodon metioninën AUG.
Duhet të theksohet se një person ka ende një numër të vogël gjenesh që devijojnë nga rregulli i përgjithshëm dhe mbivendosen.
e. Kompaktësia.
Nuk ka shenja pikësimi midis kodoneve. Me fjalë të tjera, trenjakët nuk ndahen nga njëri-tjetri, për shembull, nga një nukleotid i pakuptimtë. Mungesa e "shenjave të pikësimit" në kodin gjenetik është vërtetuar në eksperimente.
dhe. Shkathtësi.
Kodi është i njëjtë për të gjithë organizmat që jetojnë në Tokë. Dëshmia e drejtpërdrejtë e universalitetit të kodit gjenetik u mor duke krahasuar sekuencat e ADN-së me sekuencat përkatëse të proteinave. Doli se të gjitha gjenomet bakteriale dhe eukariote përdorin të njëjtat grupe vlerash kodi. Ka përjashtime, por jo shumë.
Përjashtimet e para nga universaliteti i kodit gjenetik u gjetën në mitokondritë e disa llojeve të kafshëve. Kjo kishte të bënte me kodin terminator UGA, i cili lexohet njësoj si kodoni UGG, që kodon aminoacidin triptofan. U gjetën gjithashtu devijime të tjera më të rralla nga universaliteti.
MZ. Kodi gjenetik është një sistem për regjistrimin e informacionit trashëgues në molekulat e acidit nukleik, bazuar në një alternim të caktuar të sekuencave nukleotide në ADN ose ARN që formojnë kodone,
që korrespondon me aminoacidet në proteina.Kodi gjenetik ka disa veti.
Përdoren të njëjtat nukleotide, me përjashtim të nukleotidit që përmban timinë, i cili zëvendësohet nga një nukleotid i ngjashëm që përmban uracil, i cili përcaktohet me shkronjën (në literaturën në gjuhën ruse). Në molekulat e ADN-së dhe ARN-së, nukleotidet janë të rregulluara në zinxhirë dhe, kështu, përftohen sekuenca të shkronjave gjenetike.
Proteinat e pothuajse të gjithë organizmave të gjallë janë ndërtuar nga vetëm 20 lloje të aminoacideve. Këto aminoacide quhen kanonike. Çdo proteinë është një zinxhir ose disa zinxhirë aminoacidesh të lidhura në një sekuencë të përcaktuar rreptësisht. Kjo sekuencë përcakton strukturën e proteinës, dhe për rrjedhojë të gjitha vetitë e saj biologjike.
Sidoqoftë, në fillim të viteve '60 të shekullit të 20-të, të dhënat e reja zbuluan mospërputhjen e hipotezës së "kodit pa presje". Më pas eksperimentet treguan se kodonet, të konsideruara të pakuptimta nga Crick, mund të provokonin sintezën e proteinave in vitro, dhe deri në vitin 1965 u vërtetua kuptimi i të 64 trinjakëve. Doli që disa kodone janë thjesht të tepërta, domethënë një seri e tërë aminoacidesh kodohen nga dy, katër apo edhe gjashtë treshe.
Vetitë
Tabelat e korrespondencës midis kodoneve të mRNA dhe aminoacideve
Kodi gjenetik i zakonshëm për shumicën e pro- dhe eukariotëve. Tabela tregon të 64 kodonet dhe aminoacidet përkatëse. Rendi i bazës është nga skaji 5" deri në 3" të mARN-së.
| 1 bazë |
Baza e 2-të | 3 bazë |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||||||
| U | UUU | (Phe/F) Fenilalaninë | UCU | (Ser/S) Serin | UAU | (Tyr/Y) Tyrosine | UGU | (Cys/C) Cisteinë | U |
| UUC | QKUK | UAC | UGC | C | |||||
| UUA | (Leu/L) Leucine | UCA | UAA | Ndalo ( Okër) | U.G.A. | Ndalo ( Opal) | A | ||
| UUG | UCG | UAG | Ndalo ( Qelibar) | UGG | (Trp/W) Triptofan | G | |||
| C | CUU | CCU | (Pro/P) Proline | CAU | (I tij/H) Histidina | C.G.U. | (Arg/R) Arginine | U | |
| CUC | KKK | C.A.C. | C.G.C. | C | |||||
| CUA | CCA | AAC | (Gln/Q) Glutamine | C.G.A. | A | ||||
| C.U.G. | CCG | CAG | CGG | G | |||||
| A | AUU | (Ile/I) Isoleucine | ACU | (Thr/T) Threonine | AAU | (Asn/N) Asparagine | AGU | (Ser/S) Serin | U |
| AUC | ACC | A.A.C. | A.G.C. | C | |||||
| AUA | AKK | AAA | (Lys/K) Lizina | A.G.A. | (Arg/R) Arginine | A | |||
| GASHT | (Met/M) Metioninë | A.C.G. | AAG | AGG | G | ||||
| G | GUU | (Val/V) Valinë | G.C.U. | (Ala/A) Alaninë | GAU | (Asp/D) Acidi aspartik | GGU | (Gly/G) Glicinë | U |
| GUC | GCC | GAC | GGC | C | |||||
| GUA | G.C.A. | GAA | (Glu/E) Acidi glutamik | GGA | A | ||||
| G.U.G. | GCG | GAG | GGG | G | |||||
| Ala/A | GCU, GCC, GCA, GCG | Leu/L | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG |
|---|---|---|---|
| Arg/R | CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | Lys/K | AAA, AAG |
| Asn/N | AAU, AAC | Met/M | GASHT |
| Asp/D | GAU, GAC | Phe/F | UUU, UUC |
| Cys/C | UGU, UGC | Pro/P | CCU, CCC, CCA, CCG |
| Gln/Q | AAC, CAG | Ser/S | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| Glu/E | GAA, GAG | Thr/T | ACU, ACC, ACA, ACG |
| Gly/G | GGU, GGC, GGA, GGG | Trp/W | UGG |
| E tij/H | CAU, CAC | Tyr/Y | UAU, UAC |
| Ile/I | AUU, AUC, AUA | Val/V | GUU, GUC, GUA, GUG |
| FILLO | GASHT | STOP | UAG, UGA, UAA |
Ndryshimet në kodin gjenetik standard
Shembulli i parë i një devijimi nga kodi gjenetik standard u zbulua në vitin 1979 gjatë një studimi të gjeneve mitokondriale njerëzore. Që nga ajo kohë, janë gjetur disa variante të ngjashme, duke përfshirë një shumëllojshmëri kodesh mitokondriale alternative, për shembull, leximi i kodonit ndalues UGA si kodoni që specifikon triptofanin në mikoplazma. Në bakteret dhe arkeat, HG dhe UG shpesh përdoren si kodone fillestare. Në disa raste, gjenet fillojnë të kodojnë një proteinë në një kodon fillestar që është i ndryshëm nga ai që përdoret zakonisht nga speciet.
Në disa proteina, aminoacidet jo standarde, të tilla si selenocisteina dhe pirolizina, futen nga një ribozom që lexon kodonin e ndalimit, në varësi të sekuencave në mRNA. Selenocisteina tani konsiderohet të jetë e 21-ta dhe pirolizina e 22-ta nga aminoacidet që përbëjnë proteinat.
Pavarësisht nga këto përjashtime, të gjithë organizmat e gjallë kanë kode gjenetike të përbashkëta: kodonet përbëhen nga tre nukleotide, ku dy të parat janë vendimtare; kodonet përkthehen nga tARN dhe ribozomet në një sekuencë aminoacidesh.
| Shembull | Kodin | Kuptimi normal | Lexohet si: |
|---|---|---|---|
| Disa lloje të majave Candida | C.U.G. | Leucine | Serin |
| Mitokondria, veçanërisht në Saccharomyces cerevisiae | CU (U, C, A, G) | Leucine | Serin |
| Mitokondritë e bimëve më të larta | CGG | Arginina | Triptofani |
| Mitokondria (në të gjithë organizmat e studiuar pa përjashtim) | U.G.A. | Ndalo | Triptofani |
| Gjenomi bërthamor i ciliateve Euplotes | U.G.A. | Ndalo | Cisteinë ose selenocisteinë |
| Mitokondria e gjitarëve, Drosophila, S. cerevisiae dhe shumë protozoa | AUA | Izoleucina | Metionine = Fillimi |
| Prokariotët | G.U.G. | Valin | Filloni |
| Eukariotët (të rrallë) | C.U.G. | Leucine | Filloni |
| Eukariotët (të rrallë) | G.U.G. | Valin | Filloni |
| Prokariotët (të rrallë) | UUG | Leucine | Filloni |
| Eukariotët (të rrallë) | A.C.G. | Threonina | Filloni |
| Mitokondritë e gjitarëve | AGC, AGU | Serin | Ndalo |
| Mitokondri Drosophila | A.G.A. | Arginina | Ndalo |
| Mitokondritë e gjitarëve | AG(A, G) | Arginina | Ndalo |
Evolucioni
Besohet se kodi i trefishtë u zhvillua mjaft herët në evolucionin e jetës. Por ekzistenca e dallimeve në disa organizma që u shfaqën në faza të ndryshme evolucionare tregon se ai nuk ishte gjithmonë i tillë.
Sipas disa modeleve, kodi ka ekzistuar fillimisht në një formë primitive, kur një numër i vogël kodonesh përcaktuan një numër relativisht të vogël aminoacide. Domethëniet më të sakta të kodonit dhe më shumë aminoacide mund të prezantohen më vonë. Në fillim, vetëm dy nga tre bazat e para mund të përdoren për njohje [që varet nga struktura e tARN-së].
- Lewin B. Gjenet. M.: 1987. F. 62.
Shiko gjithashtu
Shënime
- Sanger F. (1952). "Rregullimi i aminoacideve në proteina." Adv. Protein Chem. 7 : 1-67. PMID.
- Ichas M. Kodi biologjik. - M.: Mir, 1971.
- Watson J. D., Crick F. H. (prill 1953). “Struktura molekulare e acideve nukleike; një strukturë për acidin nukleik deoksiriboz. Natyra. 171 : 737-738. PMID. referencë)
- Watson J. D., Crick F. H. (maj 1953). "Ndikimet gjenetike të strukturës së acidit deoksiribonukleik." Natyra. 171 : 964-967. PMID. Përdor parametrin e vjetëruar |month= (ndihmë)
- Crick F. H. (prill 1966). "Kodi gjenetik - dje, sot dhe nesër." Harb i pranverës së ftohtë. Simptoma. Sasia. Biol.: 1-9. PMID. Përdor parametrin e vjetëruar |month= (ndihmë)
- Gamow G. (shkurt 1954). "Lidhja e mundshme midis acidit deoksiribonukleik dhe strukturave të proteinave." Natyra. 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID. Përdor parametrin e vjetëruar |month= (ndihmë)
- Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). "Problemi i transferimit të informacionit nga acidet nukleike në proteina." Adv. Bio.l Med. Fiz.. 4 : 23-68. PMID.
- Gamow G, Ycas M. (1955). “Korrelacioni statistikor i përbërjes së proteinave dhe acidit ribonukleik” . Proc. Natl. Akad. Shkencë. SHBA.. 41 : 1011-1019. PMID.
- Crick F. H., Griffith J. S., Orgel L. E. (1957).
Është një metodë në të cilën informacioni i sekuencës së njëzet aminoacideve kodohet duke përdorur një sekuencë prej katër nukleotideve.
Vetitë e gjenekodit
1) Tripletë
Një aminoacid është i koduar nga tre nukleotide. Në ADN quhen treshe, në mARN - kodon, në tARN - antikodon. Gjithsej janë 64 treshe, 61 prej tyre kodojnë aminoacide dhe 3 janë sinjale ndalimi - ato i tregojnë ribozomit vendin ku duhet të ndalojë sinteza e proteinave.
2) Degjenerimi (tepricë)
Ka 61 kodone që kodojnë për aminoacide, por vetëm 20 aminoacide, kështu që shumica e aminoacideve kodohen nga kodone të shumta. Për shembull, aminoacidi alaninë është i koduar nga katër kodone - HCU, HCC, HCA, HCH. Përjashtim është metionina, ajo është e koduar nga një kodon AUG - në eukariotët ky është kodoni fillestar gjatë përkthimit.
3) Padyshim
Çdo kodon kodon vetëm për një aminoacid. Për shembull, kodoni HCU kodon vetëm një aminoacid - alaninë.
4) Vazhdimësia
Nuk ka ndarës ("shenja pikësimi") midis tresheve individuale. Për shkak të kësaj, kur një nukleotid fshihet ose futet, ndodh një "zhvendosje e kornizës së leximit": duke filluar nga vendi i mutacionit, leximi i kodit të trefishtë prishet dhe sintetizohet një proteinë krejtësisht e ndryshme.
5) Shkathtësi
Kodi gjenetik është i njëjtë për të gjithë organizmat e gjallë në Tokë.
