Degeneracija genskega koda: splošne informacije

Genetska oznaka, izražena v kodonih, je sistem kodiranja informacij o strukturi beljakovin, ki je del vseh živih organizmov planeta. Njegovo dekodiranje je trajalo desetletje, toda dejstvo, da obstaja, je znanost razumela skoraj stoletje. Univerzalnost, specifičnost, enokopirnost in zlasti degeneracija genskega kodeksa so velikega biološkega pomena.

Zgodovina odkritij

Problem kodiranja genskih informacij je bil vedno ključnega pomena za biologijo. Z matrično strukturo genetske kode se je znanost preselila precej počasi. Od odkritja J. Watsona in F. Cricka leta 1953 je dvojna vijačna struktura DNK začela razčleniti samo strukturo kode, ki je spodbudila vero v veličino narave. Linearna struktura beljakovin in ista struktura DNK sta implicirali obstoj genetske kode kot korespondenco med dvema besediloma, vendar sta bili zabeleženi z uporabo različnih abeced. In če je bila abeceda beljakovin znana, so bile oznake DNA postale predmet študija biologov, fizikov in matematikov.

Ni opisa vseh korakov pri reševanju te uganke. Neposredni poskus, ki je dokazal in potrdil, da obstaja jasna in dosledna korespondenca med kodoni DNA in aminokislinami proteina, sta leta 1964 izvedla J. Janowski in S. Brenner. In potem - obdobje dekodiranja genetske oznake in vitro (in vitro) z uporabo tehnik sinteze beljakovin v celičnih strukturah.

Celotna dekompresijska koda E. coli je bila objavljena leta 1966 na simpoziju biologov v Cold Spring Harbourju (ZDA). Potem je bila odkrita redundanca (degeneracija) genetske kode. Kaj to pomeni, je bilo preprosto pojasnjeno.

Dekodiranje se nadaljuje

Pridobivanje podatkov o dešifriranju dedne kode je postalo eden najpomembnejših dogodkov preteklega stoletja. Danes znanost še naprej podrobno raziskuje mehanizme molekularnega kodiranja in njene sistemske lastnosti ter prekomernost znakov, v katerih je izražena degeneracija genskega koda. Posebna veja študija je nastanek in razvoj kodirnega sistema dednega materiala. Dokazi o povezavi polinukleotidov (DNA) in polipeptidov (proteinov) so spodbudili razvoj molekularne biologije. In to, po drugi strani, biotehnologija, bioinženjering, odkritja pri vzreji in rastlinstvu.

Dogme in pravila

Glavna dogma molekularne biologije je informacija, prenesena iz DNA v informacijsko RNA, nato pa od nje do proteina. V nasprotni smeri je prenos z RNA na DNA in z RNA na drugi RNA možen.

Ampak matrika ali baza je vedno DNA. Vse druge temeljne značilnosti prenosa informacij so odraz te matrične narave prenosa. Namreč, prenos s sintezo na matriki drugih molekul, ki bo postala struktura razmnoževanja dednih informacij.

Genetska oznaka

Linija kodiranje strukture proteinskih molekul z komplementarne kodoni (triplets) nukleotidov, ki samo 4 (adein, gvanin, citozin, timin (uracil)), ki spontano vodi do tvorbe drugih verig nukleotidov. Enako število in kemijska komplementarnost nukleotidov sta glavni pogoj za takšno sintezo. Toda, ko se oblikuje proteinska molekula, ni nobene kakovosti količine in kakovosti monomerov (DNA nukleotidov - aminokislin beljakovine). To je naravna dedna oznaka - sistem snemanja v zaporedju nukleotidov (kodonov) zaporedja aminokislin v proteinu.

Genetska koda ima več lastnosti:

• Tripleta.
• Edinstvenost.
• Direktivnost.
• Ne prekrivajo se.
• Redundanca (degeneracija) genetske kode.
• Vsestranskost.

Tukaj je kratek opis, ki se osredotoča na biološki pomen.

Tripleta, kontinuiteta in prisotnost svetilk

Vsaka od 61 aminokislin ustreza enemu čutnemu tripletu (tripletu) nukleotidov. Tri triplete ne prenašajo informacij o aminokislini in so ustavi kodon. Vsak nukleotid v verigi je del tripleta in sam po sebi ne obstaja. Na koncu in na začetku verige nukleotidov, ki so odgovorni za posamezen protein, obstajajo ustavni kodoni. Začnejo ali ustavijo prevod (sintezo proteinske molekule).

Specifičnost, neskončnost in enokoščenost

Vsak kodon (triplet) kodira samo eno aminokislino. Vsak trik ni odvisen od sosednjega in se ne prekriva. En sam nukleotid lahko vstopi v samo eno tripleto v verigi. Sinteza beljakovin je vedno samo v eni smeri, ki uravnava stop kodone.

Redundanca genetske kode

Vsak triplet nukleotidov kodira eno aminokislino. Skupno 64 nukleotidov, 61 od njih - kodirana aminokislina (občutek kodona), in tri - brez pomena, tj aminokisline ne kodira (stop kodonov). Odveč (degenerira) genetskega koda, ki se substitucije lahko v vsakem triplet - ostanek (ki vodi amino zamenjavo kislina) in konzervativno (aminokisline ne spreminjajo razred). To je enostavno izračunati, da če se trojček lahko izvedemo 9 substitucije (1, 2 in 3 stališča) lahko vsaka nukleotidna nadomesti z 4 - 1 = 3 druge izvedbe, bo skupno število možnih nukleotidnih substitucij biti od 61 do 9 = 549.

Degeneracija genetske kode se kaže v dejstvu, da je 549 variant veliko več, kot je potrebno za kodiranje informacij o 21 aminokislinah. Od 549 variant bo 23 zamenjav vodilo do nastanka stop kodonov, zamenjave 134 + 230 so konzervativne in 162 zamenjav so radikalne.

Pravilo degeneracije in izključenosti

Če imata dve kodoni dva identična prvi nukleotid, so preostali nukleotidi predstavljeni z razredom (purinske ali pirimidinske), informacije, ki jih nosijo isto aminokislino. To je pravilo degeneracije ali odvečnosti genetske kode. Dve izjemi - AUA in UGA - prva kodira metionin, čeprav bi morali izolevcina, in drugi - kodon postanek, vendar bi morali za kodiranje triptofan.

Pomen degeneracije in univerzalnosti

Ti dve lastnosti genskega koda, ki imajo največji biološki pomen. Vse navedene lastnosti so značilne za dedne informacije o vseh oblikah živih organizmov na našem planetu.

Degeneracija genskega koda ima prilagodljivo vrednost, kot je večkratno podvajanje ene kode aminokislin. Poleg tega to pomeni zmanjšanje pomena (degeneracije) tretjega nukleotida v kodonu. Ta možnost zmanjša mutacijsko škodo v DNA, kar bo povzročilo hude kršitve v strukturi proteina. To je zaščitni mehanizem živih organizmov planeta.