Ders 5. Genetik Kod
Kavramın tanımı
Genetik kod, DNA'daki nükleotid dizisini kullanarak proteinlerdeki amino asit dizisi hakkındaki bilgileri kaydeden bir sistemdir.
DNA, protein sentezinde doğrudan yer almadığı için kod, RNA dilinde yazılmıştır. RNA'da timin yerine urasil bulunur.
Genetik kodun özellikleri
1. Üçlü
Her bir amino asit 3 nükleotidden oluşan bir dizi tarafından kodlanır.
Tanım: Bir üçlü veya kodon, bir amino asidi kodlayan üç nükleotitten oluşan bir dizidir.
4 (DNA'daki farklı nükleotidlerin sayısı) 20'den az olduğundan kod tek parça olamaz. Kod çift olamaz çünkü 16 (2'nin 4 nükleotidinin kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den azdır. Kod üçlü olabilir çünkü 64 (4'ten 3'e kadar olan kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den fazladır.
2. Dejenerasyon.
Metiyonin ve triptofan dışındaki tüm amino asitler birden fazla üçlü tarafından kodlanır:
1 üçlü için 2 AK = 2.
9 AK, her biri 2 üçlü = 18.
1 AK 3 üçlü = 3.
4 üçlüden 5 AK = 20.
6 üçlüden 3 AK = 18.
Toplam 61 üçlü 20 amino asidi kodlar.
3. Genler arası noktalama işaretlerinin varlığı.
Tanım:
Gen - bir polipeptit zincirini veya bir molekülü kodlayan DNA bölümü tRNA, RRNA veyasRNA.
GenlertRNA, rRNA, sRNAproteinler kodlanmamıştır.
Bir polipeptidi kodlayan her genin sonunda, RNA durdurma kodonlarını veya durdurma sinyallerini kodlayan 3 üçlüden en az biri vardır. MRNA'da aşağıdaki forma sahiptirler: UAA, UAG, UGA . Yayını sonlandırırlar (sonlandırırlar).
Geleneksel olarak kodon noktalama işaretlerine de aittir AĞUSTOS - lider diziden sonraki ilk. (Bkz. Ders 8) Büyük harf görevi görür. Bu pozisyonda formilmetiyonini (prokaryotlarda) kodlar.
4. Belirsizlik.
Her üçlü yalnızca bir amino asidi kodlar veya bir çeviri sonlandırıcıdır.
Bunun istisnası kodondur AĞUSTOS . Prokaryotlarda, ilk konumda (büyük harf) formilmetiyonini kodlar ve diğer herhangi bir konumda metiyonini kodlar.
5. Kompaktlık veya intragenik noktalama işaretlerinin olmaması.
Bir gen içindeki her nükleotid önemli bir kodonun parçasıdır.
1961'de Seymour Benzer ve Francis Crick, kodun üçlü doğasını ve kompaktlığını deneysel olarak kanıtladılar.
Deneyin özü: “+” mutasyon - bir nükleotidin eklenmesi. "-" mutasyon - bir nükleotidin kaybı. Bir genin başlangıcındaki tek bir "+" veya "-" mutasyonu, genin tamamını bozar. Çift "+" veya "-" mutasyon da genin tamamını bozar.
Bir genin başlangıcındaki üçlü “+” veya “-” mutasyon, genin yalnızca bir kısmını bozar. Dörtlü bir “+” veya “-” mutasyon yine tüm geni bozar.
Deney bunu kanıtlıyor Kod kopyalanmıştır ve genin içinde hiçbir noktalama işareti yoktur. Deney iki bitişik faj geni üzerinde gerçekleştirildi ve ayrıca şunu gösterdi: genler arasında noktalama işaretlerinin varlığı.
6. Çok yönlülük.
Genetik kod, Dünya'da yaşayan tüm canlılar için aynıdır.
1979'da Burrell açıldı ideal insan mitokondri kodu.
Tanım:
"İdeal", yarı-çift kodun dejenerasyon kuralının karşılandığı bir genetik koddur: İki üçlüde ilk iki nükleotid çakışırsa ve üçüncü nükleotidler aynı sınıfa aitse (her ikisi de pürin veya her ikisi de pirimidin ise) O halde bu üçlüler aynı amino asidi kodlar.
Evrensel kanunda bu kuralın iki istisnası bulunmaktadır. Evrenseldeki ideal koddan her iki sapma da temel noktalarla ilgilidir: protein sentezinin başlangıcı ve sonu:
kodon | Evrensel kod | Mitokondriyal kodlar |
|||
Omurgalılar | Omurgasızlar | Maya | Bitkiler |
||
DURMAK | DURMAK |
||||
UA ile | |||||
A G A | DURMAK | ||||
DURMAK | 230 ikame, kodlanan amino asidin sınıfını değiştirmez. yırtılabilirliğe. 1956'da Georgiy Gamow örtüşen kodun bir çeşidini önerdi. Gamow koduna göre gendeki üçüncüden başlayarak her nükleotid 3 kodonun bir parçasıdır. Genetik kodun şifresi çözüldüğünde örtüşmediği ortaya çıktı. Her nükleotid yalnızca bir kodonun parçasıdır. Örtüşen bir genetik kodun avantajları: kompaktlık, protein yapısının bir nükleotidin eklenmesine veya silinmesine daha az bağımlılığı. Dezavantajı: Protein yapısı büyük ölçüde nükleotid değişimine ve komşular üzerindeki kısıtlamalara bağlıdır. 1976'da faj φX174'ün DNA'sı dizilendi. 5375 nükleotidden oluşan tek sarmallı dairesel DNA'ya sahiptir. Fajın 9 proteini kodladığı biliniyordu. Bunlardan 6 tanesinde arka arkaya bulunan genler belirlendi. Bir örtüşmenin olduğu ortaya çıktı. Gen E tamamen genin içinde bulunur D . Başlangıç kodonu, bir nükleotidin çerçeve kaymasından kaynaklanır. Gen J genin bittiği yerde başlar D . Genin kodonunu başlat J genin durdurma kodonu ile örtüşür D iki nükleotid değişiminin bir sonucu olarak. Yapı, üçün katı değil, bir dizi nükleotid tarafından "okuma çerçevesi kayması" olarak adlandırılıyor. Bugüne kadar örtüşme yalnızca birkaç faj için gösterilmiştir. DNA'nın bilgi kapasitesi Dünya üzerinde 6 milyar insan yaşıyor. Onlar hakkında kalıtsal bilgiler 4x10 13 kitap sayfası. Bu sayfalar 6 NSU binasının yerini kaplayacak. 6x10 9 sperm yarım yüksük kadar yer kaplıyor. DNA'ları yüksüğün dörtte birinden daha az yer kaplıyor. | ||||
Genetik kod, bir nükleik asit molekülündeki nükleotid dizisini kullanarak bir protein molekülündeki amino asit dizisini kodlamanın bir yoludur. Genetik kodun özellikleri bu kodlamanın özelliklerinden kaynaklanmaktadır.
Her protein amino asidi ardışık üç nükleik asit nükleotidi ile eşleştirilir. üçlü, veya kodon. Her nükleotid dört azotlu bazdan birini içerebilir. RNA'da öyle adenin(A), urasil(Ü), guanin(G), sitozin(C). Azotlu bazları (bu durumda bunları içeren nükleotidleri) farklı şekillerde birleştirerek birçok farklı üçlü elde edebilirsiniz: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, vb. Olası kombinasyonların toplam sayısı 64, yani 4 3 .
Canlı organizmaların proteinleri yaklaşık 20 amino asit içerir. Doğa, her bir amino asidi üç değil iki nükleotid ile kodlamayı "planlamış olsaydı", o zaman bu tür çiftlerin çeşitliliği yeterli olmazdı, çünkü bunlardan yalnızca 16 tanesi olurdu, yani. 4 2.
Böylece, Genetik kodun ana özelliği üçlü olmasıdır. Her amino asit üçlü bir nükleotid tarafından kodlanır.
Biyolojik moleküllerde kullanılan amino asitlerden önemli ölçüde daha fazla sayıda farklı üçlüler bulunduğundan, canlı doğada aşağıdaki özellik gerçekleşmiştir: fazlalık genetik Kod. Pek çok amino asit tek bir kodon tarafından değil birkaç kodon tarafından kodlanmaya başlandı. Örneğin, glisin amino asidi dört farklı kodon tarafından kodlanır: GGU, GGC, GGA, GGG. Fazlalık da denir yozlaşma.
Amino asitler ve kodonlar arasındaki yazışmalar tablolarda gösterilmektedir. Örneğin, bunlar:
Nükleotidlerle ilgili olarak genetik kod aşağıdaki özelliğe sahiptir: belirsizlik(veya özgüllük): her kodon yalnızca bir amino asite karşılık gelir. Örneğin, GGU kodonu yalnızca glisini kodlayabilir, başka amino asidi kodlayamaz.
Tekrar. Fazlalık, birden fazla üçlünün aynı amino asidi kodlayabileceği anlamına gelir. Özgüllük - her spesifik kodon yalnızca bir amino asidi kodlayabilir.
Genetik kodda özel bir noktalama işareti yoktur (polipeptit sentezinin sonunu gösteren durdurma kodonları hariç). Noktalama işaretlerinin işlevi üçlülerin kendileri tarafından gerçekleştirilir - birinin sonu diğerinin başlayacağı anlamına gelir. Bu, genetik kodun aşağıdaki iki özelliğini ima eder: süreklilik Ve örtüşmeyen. Süreklilik, üçlemelerin hemen arka arkaya okunması anlamına gelir. Örtüşmeme, her bir nükleotidin yalnızca bir üçlünün parçası olabileceği anlamına gelir. Yani bir sonraki üçlünün ilk nükleotidi her zaman önceki üçlünün üçüncü nükleotidinden sonra gelir. Bir kodon, kendisinden önceki kodonun ikinci veya üçüncü nükleotidi ile başlayamaz. Başka bir deyişle kod örtüşmez.
Genetik kodun özelliği var çok yönlülük. Dünyadaki tüm organizmalar için aynı olan bu durum, yaşamın kökenindeki birliğin göstergesidir. Bunun çok nadir istisnaları vardır. Örneğin mitokondri ve kloroplastlardaki bazı üçlüler, normal amino asitlerin dışında amino asitleri kodlar. Bu, yaşamın başlangıcında genetik kodda biraz farklı varyasyonların bulunduğunu düşündürebilir.
Son olarak genetik kod gürültü bağışıklığı fazlalık olarak özelliğinin bir sonucudur. Bazen DNA'da meydana gelen nokta mutasyonları genellikle bir azotlu bazın diğeriyle yer değiştirmesiyle sonuçlanır. Bu üçlüyü değiştirir. Mesela AAA’ydı ama mutasyondan sonra AAG oldu. Ancak bu tür değişiklikler her zaman sentezlenen polipeptitteki amino asitte bir değişikliğe yol açmaz çünkü genetik kodun artıklık özelliğinden dolayı her iki üçlü de bir amino asite karşılık gelebilir. Mutasyonların çoğu zaman zararlı olduğu göz önüne alındığında, gürültü bağışıklığı özelliği faydalıdır.
Daha önce, nükleotidlerin Dünya'daki yaşamın oluşumunda önemli bir özelliğe sahip olduğunu vurgulamıştık - bir çözeltide bir polinükleotid zincirinin varlığında, ilgili nükleotidlerin tamamlayıcı bağlantısına dayanarak ikinci (paralel) zincirin oluşma süreci kendiliğinden gerçekleşir. . Her iki zincirde de aynı sayıda nükleotid bulunması ve bunların kimyasal afinitesi, bu tür reaksiyonun uygulanması için vazgeçilmez bir koşuldur. Ancak protein sentezi sırasında mRNA'dan gelen bilgiler protein yapısına uygulandığında tamamlayıcılık ilkesinin gözetilmesinden söz edilemez. Bunun nedeni, mRNA'da ve sentezlenen proteinde sadece monomer sayısının farklı olması değil, aynı zamanda özellikle önemli olan, aralarında yapısal bir benzerlik olmamasıdır (bir yanda nükleotidler, diğer yanda amino asitler). ). Bu durumda bilginin bir polinükleotidden bir polipeptit yapısına doğru bir şekilde dönüştürülmesi için yeni bir prensibin yaratılmasına ihtiyaç olduğu açıktır. Evrimde böyle bir prensip yaratılmıştır ve bunun temeli de genetik koddur.
Genetik kod, bir proteindeki amino asitlere karşılık gelen kodonlar oluşturan, DNA veya RNA'daki nükleotid dizilerinin belirli bir değişimine dayanan, nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilgilerin kaydedilmesi için bir sistemdir.
Genetik kodun çeşitli özellikleri vardır.
Üçlülük.
Dejenerasyon veya artıklık.
Belirsizlik.
Polarite.
Örtüşmeyen.
Kompaktlık.
Çok yönlülük.
Bazı yazarların, kodda yer alan nükleotidlerin kimyasal özellikleri veya vücut proteinlerinde ayrı ayrı amino asitlerin oluşma sıklığı vb. ile ilgili kodun başka özelliklerini de önerdiği unutulmamalıdır. Bununla birlikte, bu özellikler yukarıda sıralananlardan kaynaklanmaktadır, bu yüzden onları burada ele alacağız.
A. Üçlülük. Genetik kod, birçok karmaşık biçimde organize edilmiş sistem gibi, en küçük yapısal ve en küçük işlevsel birime sahiptir. Üçlü, genetik kodun en küçük yapısal birimidir. Üç nükleotidden oluşur. Kodon, genetik kodun en küçük işlevsel birimidir. Tipik olarak mRNA'nın üçlülerine kodon denir. Genetik kodda bir kodon çeşitli işlevleri yerine getirir. Öncelikle asıl işlevi tek bir amino asidi kodlamasıdır. İkinci olarak, kodon bir amino asidi kodlamayabilir ancak bu durumda başka bir işlevi yerine getirir (aşağıya bakın). Tanımdan da görülebileceği gibi üçlü, karakterize eden bir kavramdır. temel yapısal birim genetik kod (üç nükleotid). Kodon – karakterize eder temel anlam birimi genom - üç nükleotid, bir amino asidin polipeptit zincirine bağlanmasını belirler.
Temel yapı birimi önce teorik olarak çözüldü, ardından varlığı deneysel olarak doğrulandı. Aslında 20 amino asit bir veya iki nükleotid ile kodlanamaz çünkü ikincisinden sadece 4 tane var Dört nükleotitten üçü 43 = 64 varyant verir, bu da canlı organizmalarda bulunan amino asitlerin sayısından daha fazlasını kapsar (bkz. Tablo 1).
Tabloda sunulan 64 nükleotid kombinasyonunun iki özelliği vardır. İlk olarak, 64 üçlü varyanttan yalnızca 61'i kodondur ve herhangi bir amino asidi kodlar; bunlara denir. duyu kodonları. Üç üçlü kodlamıyor
Tablo 1.
Messenger RNA kodonları ve karşılık gelen amino asitler
|
KODONOV'UN KURULUŞU |
|||||
|
Anlamsız |
Anlamsız |
||||
|
Anlamsız | |||||
|
Meth |
|||||
|
Şaft |
|||||
amino asitler a, çevirinin sonunu gösteren durdurma sinyalleridir. Böyle üç üçüz var - UAA, UAG, UGA bunlara “anlamsız” (saçma kodonlar) da denir. Bir üçlüdeki bir nükleotidin diğeriyle değiştirilmesiyle ilişkili bir mutasyonun sonucu olarak, bir duyu kodonundan anlamsız bir kodon ortaya çıkabilir. Bu tip mutasyona denir saçma mutasyon. Gen içinde (bilgi bölümünde) böyle bir durdurma sinyali oluşursa, o zaman bu yerdeki protein sentezi sırasında süreç sürekli olarak kesintiye uğrayacaktır - proteinin yalnızca ilk (durma sinyalinden önce) kısmı sentezlenecektir. Bu patolojiye sahip bir kişi protein eksikliği yaşayacak ve bu eksikliğe bağlı semptomlar yaşayacaktır. Örneğin hemoglobin beta zincirini kodlayan gende bu tür bir mutasyon tespit edildi. Kısaltılmış, aktif olmayan bir hemoglobin zinciri sentezlenir ve bu hızla yok edilir. Sonuç olarak beta zincirinden yoksun bir hemoglobin molekülü oluşur. Böyle bir molekülün görevini tam olarak yerine getirmesinin mümkün olmadığı açıktır. Hemolitik anemi (beta-sıfır talasemi, Yunanca “Thalas” kelimesinden - bu hastalığın ilk keşfedildiği Akdeniz) olarak gelişen ciddi bir hastalık ortaya çıkar.
Durdurma kodonlarının etki mekanizması duyu kodonlarının etki mekanizmasından farklıdır. Bu, amino asitleri kodlayan tüm kodonlar için karşılık gelen tRNA'ların bulunmuş olmasından kaynaklanmaktadır. Saçma kodonlar için hiçbir tRNA bulunamadı. Sonuç olarak tRNA, protein sentezinin durdurulması sürecinde yer almaz.
kodonAĞUSTOS (bazen bakterilerdeki GUG) yalnızca metionin ve valin amino asitlerini kodlamakla kalmaz, aynı zamandayayın başlatıcısı .
B. Dejenerasyon veya artıklık.
64 üçlünün 61'i 20 amino asidi kodlar. Üçüz sayısının amino asit sayısından üç kat fazla olması, bilgi aktarımında iki kodlama seçeneğinin kullanılabileceğini düşündürmektedir. Birincisi, 64 kodonun tamamı 20 amino asidin kodlanmasına dahil olamaz, ancak yalnızca 20 tanesi ve ikinci olarak amino asitler birkaç kodon tarafından kodlanabilir. Araştırmalar doğanın ikinci seçeneği kullandığını gösterdi.
Tercihi belli. Eğer 64 varyant üçlüsünden yalnızca 20'si amino asitleri kodlamaya dahil olsaydı, o zaman 44 üçlü (64'ten) kodlamasız kalacaktı; anlamsız (saçma kodonlar). Daha önce, mutasyon sonucu bir kodlama üçlüsünü anlamsız bir kodona dönüştürmenin bir hücrenin yaşamı için ne kadar tehlikeli olduğuna dikkat çekmiştik - bu, RNA polimerazın normal işleyişini önemli ölçüde bozarak sonuçta hastalıkların gelişmesine yol açar. Şu anda genomumuzdaki üç kodon anlamsızdır, ancak şimdi saçma kodonların sayısı yaklaşık 15 kat artarsa ne olacağını hayal edin. Böyle bir durumda normal kodonlardan anlamsız kodonlara geçişin ölçülemeyecek kadar yüksek olacağı açıktır.
Bir amino asidin birkaç üçlü tarafından kodlandığı koda dejenere veya yedekli kod adı verilir. Hemen hemen her amino asidin birden fazla kodonu vardır. Böylece, lösin amino asidi altı üçlü tarafından kodlanabilir - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valin dört üçlü, fenilalanin ise iki ve yalnızca üçlü tarafından kodlanır. triptofan ve metiyonin bir kodon tarafından kodlanır. Aynı bilginin farklı sembollerle kaydedilmesine ilişkin özelliğe denir. yozlaşma.
Bir amino asit için belirlenen kodonların sayısı, amino asidin proteinlerde bulunma sıklığı ile iyi bir korelasyon gösterir.
Ve bu büyük olasılıkla tesadüfi değildir. Bir proteinde bir amino asidin oluşma sıklığı ne kadar yüksek olursa, bu amino asidin kodonu genomda o kadar sık \u200b\u200btemsil edilir, mutajenik faktörlerden zarar görme olasılığı da o kadar yüksek olur. Bu nedenle, mutasyona uğramış bir kodonun, ileri derecede dejenere olması durumunda, aynı amino asidi kodlama şansının daha yüksek olduğu açıktır. Bu açıdan bakıldığında genetik kodun yozlaşması, insan genomunu hasardan koruyan bir mekanizmadır.
Dejenerasyon teriminin moleküler genetikte başka bir anlamda kullanıldığını da belirtmek gerekir. Böylece bir kodondaki bilginin büyük bir kısmı ilk iki nükleotidde bulunur; kodonun üçüncü pozisyonundaki bazın pek önemi yoktur. Bu olguya “üçüncü bazın dejenerasyonu” denir. İkinci özellik mutasyonların etkisini en aza indirir. Örneğin kırmızı kan hücrelerinin asıl görevinin akciğerlerden dokulara oksijen, dokulardan da karbondioksiti akciğerlere taşımak olduğu bilinmektedir. Bu işlev, eritrositin tüm sitoplazmasını dolduran solunum pigmenti - hemoglobin tarafından gerçekleştirilir. İlgili gen tarafından kodlanan bir protein parçası olan globinden oluşur. Hemoglobin molekülünde proteinin yanı sıra demir içeren hem de bulunur. Globin genlerindeki mutasyonlar farklı hemoglobin çeşitlerinin ortaya çıkmasına neden olur. Çoğu zaman mutasyonlar aşağıdakilerle ilişkilidir: bir nükleotidin diğeriyle değiştirilmesi ve gende yeni bir kodonun ortaya çıkması Hemoglobin polipeptit zincirinde yeni bir amino asidi kodlayabilen. Bir üçlüde, mutasyon sonucu herhangi bir nükleotid değiştirilebilir - birinci, ikinci veya üçüncü. Globin genlerinin bütünlüğünü etkileyen yüzlerce mutasyon bilinmektedir. Yakın 400 Bunlardan biri, bir gendeki tek nükleotidlerin değiştirilmesi ve bir polipeptitte karşılık gelen amino asit değişimi ile ilişkilidir. Bunlardan sadece 100 değişiklikler hemoglobinin dengesizliğine ve hafiften çok şiddetliye kadar çeşitli hastalıklara yol açar. 300 (yaklaşık %64) ikame mutasyonu hemoglobin fonksiyonunu etkilemez ve patolojiye yol açmaz. Bunun nedenlerinden biri, serin, lösin, prolin, arginin ve diğer bazı amino asitleri kodlayan bir üçlüdeki üçüncü nükleotidin değiştirilmesinin eşanlamlı bir kodonun ortaya çıkmasına yol açtığı yukarıda bahsedilen "üçüncü bazın dejenerasyonudur". aynı amino asidi kodluyor. Böyle bir mutasyon fenotipik olarak kendini göstermez. Buna karşılık, vakaların %100'ünde üçlüdeki birinci veya ikinci nükleotidin değiştirilmesi, yeni bir hemoglobin varyantının ortaya çıkmasına yol açar. Ancak bu durumda bile ciddi fenotipik bozukluklar olmayabilir. Bunun nedeni hemoglobindeki bir amino asidin, fizikokimyasal özellikleri bakımından ilkine benzer bir başka amino asitle yer değiştirmesidir. Örneğin, hidrofilik özelliklere sahip bir amino asit, aynı özelliklere sahip başka bir amino asitle değiştirilirse.
Hemoglobin, heme'nin demir porfirin grubundan (oksijen ve karbon dioksit molekülleri ona bağlı) ve protein - globinden oluşur. Yetişkin hemoglobini (HbA) iki özdeş içerir - zincirler ve iki -zincirler. Molekül -zincir 141 amino asit kalıntısı içerir, -zincir - 146, - Ve -zincirler birçok amino asit kalıntısı bakımından farklılık gösterir. Her globin zincirinin amino asit dizisi kendi geni tarafından kodlanır. Gen kodlaması -zincir 16. kromozomun kısa kolunda bulunur, -gen - 11. kromozomun kısa kolunda. Gen kodlamasında ikame -birinci veya ikinci nükleotidin hemoglobin zinciri neredeyse her zaman proteinde yeni amino asitlerin ortaya çıkmasına, hemoglobin fonksiyonlarının bozulmasına ve hasta için ciddi sonuçlara yol açar. Örneğin, CAU üçlüsünden (histidin) birindeki "C"nin "Y" ile değiştirilmesi, başka bir amino asit olan tirozini kodlayan yeni bir üçlü UAU'nun ortaya çıkmasına yol açacaktır Fenotipik olarak bu, ciddi bir hastalıkta kendini gösterecektir.. A 63. pozisyondaki benzer oyuncu değişikliği Histidin polipeptidinin tirozine zinciri, hemoglobinin dengesizleşmesine yol açacaktır. Hastalık methemoglobinemi gelişir. Mutasyon sonucu glutamik asidin 6. pozisyondaki valinle değiştirilmesi -zincir en ciddi hastalığın nedenidir - orak hücreli anemi. Üzücü listeye devam etmeyelim. Sadece ilk iki nükleotidi değiştirirken, öncekine benzer fizikokimyasal özelliklere sahip bir amino asidin ortaya çıkabileceğini belirtelim. Böylece glutamik asidi (GAA) kodlayan üçlülerden birinde 2. nükleotidin değiştirilmesi "U"lu zincir, valini kodlayan yeni bir üçlünün (GUA) ortaya çıkmasına yol açar ve ilk nükleotidin "A" ile değiştirilmesi, amino asit lisini kodlayan üçlü AAA'yı oluşturur. Glutamik asit ve lizin fizikokimyasal özellikler bakımından benzerdir; ikisi de hidrofiliktir. Valin hidrofobik bir amino asittir. Bu nedenle, hidrofilik glutamik asidin hidrofobik valin ile değiştirilmesi, hemoglobinin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir, bu da sonuçta orak hücreli aneminin gelişmesine yol açarken, hidrofilik glutamik asidin hidrofilik lisin ile değiştirilmesi, hemoglobinin işlevini daha az değiştirir - hastalar hafif bir form geliştirir anemiden. Üçüncü bazın değiştirilmesi sonucunda yeni üçlü, öncekiyle aynı amino asitleri kodlayabilir. Örneğin, CAC üçlüsünde urasil sitozin ile değiştirilmişse ve bir CAC üçlüsü ortaya çıkmışsa, insanlarda pratikte hiçbir fenotipik değişiklik tespit edilmeyecektir. Bu anlaşılabilir bir durum çünkü her iki üçlü de aynı amino asit olan histidin'i kodlar.
Sonuç olarak, genel biyolojik açıdan bakıldığında genetik kodun dejenerasyonu ve üçüncü bazın dejenerasyonunun, DNA ve RNA'nın benzersiz yapısında, evrimin doğasında var olan koruyucu mekanizmalar olduğunu vurgulamak yerinde olacaktır.
V. Belirsizlik.
Her üçlü (saçmalık hariç) yalnızca bir amino asidi kodlar. Dolayısıyla, kodon - amino asit yönünde genetik kod kesindir, amino asit - kodon yönünde ise belirsizdir (dejenere).
Açık
Amino asit kodonu
Dejenere
Ve bu durumda genetik koddaki açıklığa duyulan ihtiyaç açıktır. Diğer bir seçenekte ise aynı kodon çevrilirken protein zincirine farklı amino asitler eklenecek ve bunun sonucunda farklı birincil yapıya ve farklı işlevlere sahip proteinler oluşacaktır. Hücre metabolizması “bir gen – birkaç polipeptit” çalışma moduna geçecekti. Böyle bir durumda genlerin düzenleyici işlevinin tamamen kaybolacağı açıktır.
g.Polarite
DNA ve mRNA'dan bilgi okumak yalnızca tek yönde gerçekleşir. Polarite, daha yüksek dereceli yapıları (ikincil, üçüncül vb.) tanımlamak için önemlidir. Daha önce alt düzey yapıların üst düzey yapıları nasıl belirlediğinden bahsetmiştik. Sentezlenen RNA zincirinin DNA molekülünü terk etmesi veya polipeptit zincirinin ribozomdan ayrılmasıyla proteinlerde üçüncül yapı ve daha yüksek dereceli yapılar oluşur. Bir RNA veya polipeptidin serbest ucu üçüncül bir yapı kazanırken, zincirin diğer ucu DNA (eğer RNA kopyalanmışsa) veya bir ribozom (bir polipeptit kopyalanmışsa) üzerinde sentezlenmeye devam eder.
Bu nedenle, tek yönlü bilgi okuma süreci (RNA ve protein sentezi sırasında) yalnızca sentezlenen maddedeki nükleotidlerin veya amino asitlerin dizisini belirlemek için değil, aynı zamanda ikincil, üçüncül vb. kesin olarak belirlemek için de gereklidir. yapılar.
d. Örtüşmeyen.
Kod örtüşen veya örtüşmeyen olabilir. Çoğu organizmanın örtüşmeyen bir kodu vardır. Bazı fajlarda örtüşen kod bulunur.
Örtüşmeyen bir kodun özü, bir kodonun nükleotidinin aynı anda başka bir kodonun nükleotidi olamayacağıdır. Kod örtüşüyorsa, yedi nükleotit dizisi (GCUGCUG), örtüşmeyen kod durumunda olduğu gibi iki amino asidi (alanin-alanin) (Şekil 33, A) değil, üç amino asidi (eğer varsa) kodlayabilir. ortak bir nükleotid) (Şekil 33, B) veya beş (eğer iki nükleotid ortaksa) (bkz. Şekil 33, C). Son iki durumda, herhangi bir nükleotidin mutasyonu iki, üç vb. dizilimde ihlallere yol açacaktır. amino asitler.
Bununla birlikte, bir nükleotidin mutasyonunun her zaman bir amino asidin bir polipeptite dahil edilmesini bozduğu tespit edilmiştir. Bu, kodun örtüşmediğine dair önemli bir argümandır.
Bunu Şekil 34'te açıklayalım. Kalın çizgiler, örtüşmeyen ve örtüşen kod durumunda amino asitleri kodlayan üçlüleri göstermektedir. Deneyler genetik kodun örtüşmediğini açıkça göstermiştir. Deneyin ayrıntılarına girmeden, nükleotid dizisindeki üçüncü nükleotidi değiştirirseniz şunu not ediyoruz (bkz. Şekil 34).sen (yıldız işaretiyle işaretlenmiştir) başka bir şeye:
1. Örtüşmeyen bir kodla, bu dizi tarafından kontrol edilen protein, bir (ilk) amino asidin (yıldız işaretleriyle işaretlenmiştir) ikamesine sahip olacaktır.
2. A seçeneğindeki örtüşen kodla, iki (birinci ve ikinci) amino asitte (yıldız işaretleriyle işaretlenmiş) bir ikame meydana gelecektir. B seçeneğinde, değişim üç amino asidi etkileyecektir (yıldız işaretleriyle işaretlenmiştir).
Bununla birlikte, çok sayıda deney, DNA'daki bir nükleotid bozulduğunda, proteindeki bozulmanın her zaman yalnızca bir amino asidi etkilediğini göstermiştir; bu, örtüşmeyen bir kod için tipiktir.
GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG
GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU
*** *** *** *** *** ***
Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley
ABC
Çakışmayan kod Çakışan kod
Pirinç. 34. Genomda örtüşmeyen bir kodun varlığını açıklayan bir diyagram (metinde açıklama).
Genetik kodun örtüşmemesi başka bir özellikle ilişkilidir - bilginin okunması belirli bir noktadan başlar - başlatma sinyali. MRNA'daki böyle bir başlatma sinyali, metiyonin AUG'yi kodlayan kodondur.
Bir kişinin hala genel kuraldan sapan ve örtüşen az sayıda gene sahip olduğu unutulmamalıdır.
e. Kompaktlık.
Kodonlar arasında noktalama işareti yoktur. Yani üçlüler birbirlerinden örneğin anlamsız bir nükleotid ile ayrılmazlar. Genetik kodda “noktalama işaretlerinin” bulunmadığı deneylerle kanıtlanmıştır.
Ve. Çok yönlülük.
Kod, Dünya'da yaşayan tüm organizmalar için aynıdır. Genetik kodun evrenselliğine ilişkin doğrudan kanıt, DNA dizilerinin karşılık gelen protein dizileriyle karşılaştırılması yoluyla elde edildi. Tüm bakteriyel ve ökaryotik genomların aynı kod değeri setlerini kullandığı ortaya çıktı. İstisnalar var ama çok değil.
Genetik kodun evrenselliğine ilişkin ilk istisnalar bazı hayvan türlerinin mitokondrilerinde bulundu. Bu, triptofan amino asidini kodlayan UGG kodonuyla aynı okunan sonlandırıcı kodon UGA ile ilgiliydi. Evrensellikten başka daha nadir sapmalar da bulundu.
MZ. Genetik kod, kodonları oluşturan DNA veya RNA'daki nükleotid dizilerinin belirli bir değişimine dayanan, nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilgilerin kaydedilmesi için bir sistemdir.
proteindeki amino asitlere karşılık gelir.Genetik kodun çeşitli özellikleri vardır.
Timin içeren nükleotid haricinde, aynı nükleotidler kullanılır; bu nükleotid, (Rus dili literatüründe) harfle gösterilen, urasil içeren benzer bir nükleotid ile değiştirilir. DNA ve RNA moleküllerinde nükleotidler zincirler halinde dizilir ve böylece genetik harf dizileri elde edilir.
Hemen hemen tüm canlı organizmaların proteinleri yalnızca 20 çeşit amino asitten oluşur. Bu amino asitlere kanonik denir. Her protein, kesin olarak tanımlanmış bir sıraya bağlı bir zincir veya birkaç amino asit zinciridir. Bu dizi, proteinin yapısını ve dolayısıyla tüm biyolojik özelliklerini belirler.
Ancak 20. yüzyılın 60’lı yıllarının başlarında ortaya çıkan yeni veriler “virgülsüz kod” hipotezinin tutarsızlığını ortaya çıkardı. Daha sonra deneyler, Crick tarafından anlamsız kabul edilen kodonların in vitro protein sentezini tetikleyebileceğini gösterdi ve 1965'e gelindiğinde 64 üçlünün hepsinin anlamı belirlendi. Bazı kodonların gereksiz olduğu, yani bir dizi amino asidin iki, dört ve hatta altı üçlü tarafından kodlandığı ortaya çıktı.
Özellikler
mRNA kodonları ile amino asitler arasındaki yazışma tabloları
Çoğu pro- ve ökaryotta ortak olan genetik kod. Tablo 64 kodonun tamamını ve bunlara karşılık gelen amino asitleri göstermektedir. Temel sıralama mRNA'nın 5" ucundan 3" ucuna kadardır.
| 1 inci temel |
2. üs | 3 üncü temel |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| sen | C | A | G | ||||||
| sen | UUU | (Phe/F) Fenilalanin | UCU | (Ser/S) Serin | UAU | (Tyr/Y) Tirozin | UGU | (Cys/C) Sistein | sen |
| UUC | UCC | UAC | UGC | C | |||||
| UUA | (Leu/L) Lösin | UCA | UAA | Durmak ( Okra) | U.G.A. | Durmak ( Opal) | A | ||
| UUG | UCG | UAG | Durmak ( kehribar) | UGG | (Trp/W) Triptofan | G | |||
| C | CUU | CCU | (Pro/P) Prolin | CAU | (Onun/H) Histidin | C.G.U. | (Arg/R) Arginin | sen | |
| CUC | CCC | C.A.C. | C.G.C. | C | |||||
| CUA | CCA | CAA | (Gln/Q) Glutamin | C.G.A. | A | ||||
| C.U.G. | CCG | CAG | CGG | G | |||||
| A | AuU | (Ile/I) İzolösin | ACU | (Thr/T) Treonin | AAU | (Asn/N) Asparajin | AGÜ | (Ser/S) Serin | sen |
| EAA | ACC | A.A.C. | A.G.C. | C | |||||
| AUA | ACA | AAA | (Lys/K) Lizin | A.G.A. | (Arg/R) Arginin | A | |||
| AĞUSTOS | (Met/M) Metiyonin | A.C.G. | AAG | AGG | G | ||||
| G | GUU | (Val/V) Valin | G.C.U. | (Ala/A) Alanin | GAÜ | (Asp/D) Aspartik asit | GGU | (Gly/G) Glisin | sen |
| GUC | GCC | GAC | GGC | C | |||||
| GUA | G.C.A. | GAA | (Glu/E) Glutamik asit | GGA | A | ||||
| G.U.G. | GCG | GAG | GGG | G | |||||
| Ala/A | GCU, GCC, GCA, GCG | Leu/L | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, KÜG |
|---|---|---|---|
| Arg/R | CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | Lys/K | AAA, AAG |
| Asn/H | AAU, AAC | Buluştu/A | AĞUSTOS |
| Asp/D | GAÜ, GAC | Fe/F | UUU, UUC |
| Sis/C | UGU, UGC | Profesyonel/P | CCU, CCC, CCA, CCG |
| Gln/Q | CAA, CAG | Sunucu/G | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| Zamk | GAA, GAG | Th/T | ACU, ACC, ACA, ACG |
| Giy/G | GGU, GGC, GGA, GGG | Trp/W | UGG |
| Onun/H | CAU, CAC | Tyr/Y | UAU, UAC |
| Ile/I | AuU, AUC, AUA | Değer/V | GUU, GUC, GUA, GUG |
| BAŞLANGIÇ | AĞUSTOS | DURMAK | UAG, UGA, UAA |
Standart genetik koddaki varyasyonlar
Standart genetik koddan sapmanın ilk örneği, 1979'da insan mitokondriyal genleri üzerinde yapılan bir çalışma sırasında keşfedildi. O zamandan beri, çeşitli alternatif mitokondriyal kodlar da dahil olmak üzere birkaç benzer varyant bulunmuştur; örneğin, UGA durdurma kodonunun mikoplazmalarda triptofanı belirleyen kodon olarak okunması. Bakterilerde ve arkelerde HG ve UG sıklıkla başlangıç kodonları olarak kullanılır. Bazı durumlarda genler, türün normalde kullandığı kodondan farklı bir başlangıç kodonunda bir proteini kodlamaya başlar.
Bazı proteinlerde selenosistein ve pirolizin gibi standart olmayan amino asitler, mRNA'daki dizilere bağlı olarak durdurma kodonunu okuyan bir ribozom tarafından eklenir. Selenosistein artık proteinleri oluşturan amino asitlerin 21.'si, pirolizin ise 22.'si olarak kabul ediliyor.
Bu istisnalara rağmen, tüm canlı organizmalar ortak genetik kodlara sahiptir: kodonlar üç nükleotidden oluşur ve ilk ikisi belirleyicidir; kodonlar tRNA ve ribozomlar tarafından bir amino asit dizisine çevrilir.
| Örnek | kodon | Normal anlam | Şöyle okur: |
|---|---|---|---|
| Bazı maya türleri Aday | C.U.G. | Lösin | Serin |
| Mitokondri, özellikle Saccharomyces cerevisiae | CU(U, C, A, G) | Lösin | Serin |
| Yüksek bitkilerin mitokondrileri | CGG | Arginin | Triptofan |
| Mitokondri (istisnasız incelenen tüm organizmalarda) | U.G.A. | Durmak | Triptofan |
| Siliatların nükleer genomu Euplotlar | U.G.A. | Durmak | Sistein veya selenosistein |
| Memelilerin mitokondrisi, Drosophila, S. cerevisiae ve birçok protozoa | AUA | İzolösin | Metionin = Başlangıç |
| Prokaryotlar | G.U.G. | Valin | Başlangıç |
| Ökaryotlar (nadir) | C.U.G. | Lösin | Başlangıç |
| Ökaryotlar (nadir) | G.U.G. | Valin | Başlangıç |
| Prokaryotlar (nadir) | UUG | Lösin | Başlangıç |
| Ökaryotlar (nadir) | A.C.G. | Treonin | Başlangıç |
| Memeli mitokondrisi | AGC, AGÜ | Serin | Durmak |
| Drosophila mitokondri | A.G.A. | Arginin | Durmak |
| Memeli mitokondrisi | BİR ŞAKA) | Arginin | Durmak |
Evrim
Üçlü kodun yaşamın evriminde oldukça erken geliştiğine inanılıyor. Ancak farklı evrim aşamalarında ortaya çıkan bazı organizmalarda farklılıkların varlığı, onun her zaman böyle olmadığını göstermektedir.
Bazı modellere göre kod ilk olarak, az sayıda kodonun nispeten az sayıda amino asidi belirlediği ilkel bir biçimde mevcuttu. Daha kesin kodon anlamları ve daha fazla amino asit daha sonra tanıtılabilir. İlk başta, üç bazın yalnızca ilk ikisi tanıma için kullanılabiliyordu (bu, tRNA'nın yapısına bağlıdır).
- Lewin B. Genler. M.: 1987. S. 62.
Ayrıca bakınız
Notlar
- Sanger F. (1952). “Proteinlerde amino asitlerin düzenlenmesi.” Av. Protein Kimyası. 7 : 1-67. PMID.
- İchas M. Biyolojik kod. - M.: Mir, 1971.
- Watson J.D., Crick F.H. (Nisan 1953). “Nükleik asitlerin moleküler yapısı; deoksiriboz nükleik asit için bir yapı.” Doğa. 171 : 737-738. PMID. referans)
- Watson J.D., Crick F.H. (Mayıs 1953). “Deoksiribonükleik asit yapısının genetik etkileri.” Doğa. 171 : 964-967. PMID. Kullanımdan kaldırılan |ay= parametresini kullanıyor (yardım)
- Crick F.H. (Nisan 1966). "Genetik kod; dün, bugün ve yarın." Soğuk Bahar Harb. Semp. Quant. Biyol.: 1-9. PMID. Kullanımdan kaldırılan |ay= parametresini kullanıyor (yardım)
- Gamow G. (Şubat 1954). “Deoksiribonükleik asit ile protein yapıları arasındaki olası ilişki.” Doğa. 173 : 318.DOI:10.1038/173318a0. PMID. Kullanımdan kaldırılan |ay= parametresini kullanıyor (yardım)
- Gamow G., Zengin A., Ycas M. (1956). “Nükleik asitlerden proteinlere bilgi aktarımı sorunu.” Av. Bio.l Med. Fizik.. 4 : 23-68. PMID.
- Gamow G, Ycas M. (1955). “Protein” ve “ribonükleik” asit” bileşiminin istatistiksel korelasyonu” . Proc. Natl. Acad. Bilim. AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ.. 41 : 1011-1019. PMID.
- Crick F.H., Griffith J.S., Orgel L.E. (1957).
Yirmi amino asidin dizi bilgisinin dört nükleotidlik bir dizi kullanılarak kodlandığı bir yöntemdir.
Gen kodu özellikleri
1) Üçlü
Bir amino asit üç nükleotid tarafından kodlanır. DNA'da bunlara üçlü, mRNA'da - kodon, tRNA'da - antikodon denir. Toplamda 64 üçlü vardır, bunların 61'i amino asitleri kodlar ve 3'ü durma sinyalidir; bunlar ribozoma protein sentezinin durması gereken yeri gösterir.
2) Dejenerasyon (artıklık)
Amino asitleri kodlayan 61 kodon vardır, ancak yalnızca 20 amino asit vardır, dolayısıyla çoğu amino asit birden fazla kodon tarafından kodlanır. Örneğin alanin amino asidi dört kodon tarafından kodlanır: HCU, HCC, HCA, HCH. Bunun istisnası metiyonindir, bir AUG kodonu tarafından kodlanır - ökaryotlarda bu, çeviri sırasındaki başlangıç kodonudur.
3) Belirsizlik
Her kodon yalnızca bir amino asidi kodlar. Örneğin, HCU kodonu yalnızca bir amino asit olan alanini kodlar.
4) Süreklilik
Bireysel üçlüler arasında hiçbir ayırıcı (“noktalama işareti”) yoktur. Bu nedenle, bir nükleotid silindiğinde veya eklendiğinde bir "okuma çerçevesi kayması" meydana gelir: Mutasyon bölgesinden başlayarak üçlü kodun okunması bozulur ve tamamen farklı bir protein sentezlenir.
5) Çok Yönlülük
Genetik kod Dünya üzerindeki tüm canlı organizmalar için aynıdır.
