10.4: Генетичний код

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3718

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Ми безтурботно описали мету хромосом ДНК як несуть інформацію для побудови білків клітини, а РНК як посередника для цього. Як саме це, хоча, що молекула, що складається лише з чотирьох різних нуклеотидів, з'єднаних між собою (хоча тисячі і навіть тисячі тисяч з них), може сказати клітині, яку з двадцяти з гаком амінокислот зв'язати разом, щоб сформувати функціональний білок? Очевидним рішенням було те, що оскільки не вистачає індивідуальних унікальних нуклеотидів для кодування для кожної амінокислоти, повинні бути комбінації нуклеотидів, які позначають певні амінокислоти. Код дублета дозволить лише 16 різних комбінацій (4 можливі нуклеотиди в першій позиції х 4 можливих нуклеотидів у другій позиції = 16 комбінацій) і буде недостатньо для кодування 20 амінокислот. Однак триплетний код дасть 64 комбінації, досить легко кодувати 20 амінокислот. Так би чотирикратний або п'ятиплетний код, з цього приводу, але вони були б марнотратними ресурсами, і, таким чином, менш імовірно. Подальші дослідження довели існування триплетного коду, як описано в таблиці нижче.

З такою кількістю комбінацій і лише 20 амінокислот, що робить клітина з іншими можливостями? Генетичний код - це вироджений код, а це означає, що існує надмірність, так що більшість амінокислот кодуються більш ніж однією триплетної комбінацією (кодоном). Хоча це надлишковий код, він не є неоднозначним кодом: за звичайних обставин даний кодон кодує одну і тільки одну амінокислоту. Окрім 20 амінокислот, є також три «стоп-кодони», присвячені закінченню перекладу. Три стоп-кодони також мають розмовні назви: UAA (охра), UAG (бурштин), UGA (опал), причому UAA є найбільш поширеним у генах прокаріотичних.

Розмовні назви були започатковані тоді, коли першовідкривачі УАГ вирішили назвати кодон на честь одного, прізвище якого перекладається на «бурштиновий». Опал і охра були названі, щоб продовжити ідею надання стоп-кодонів колірних назв.

Стоп-кодони іноді також використовуються для кодування того, що зараз вважається ^21-й і ^22-й амінокислотами, селеноцистеїном (UGA) і піролізину (UAG). Виявлено, що ці амінокислоти послідовно кодуються в деяких видах прокарії та архей.

Зауважте, що немає спеціальних початкових кодонів: натомість коди AUG як для метіоніну, так і для початку перекладу, залежно від обставини, як пояснюється негайно. Початковий Мет - метіонін, але у прокаріотів - це спеціально модифікований форміл-метіонін (F-мет). ТРНК також спеціалізується і відрізняється від тРНК, яка переносить метіонін до рибосоми для додавання до зростаючого поліпептиду. Тому при зверненні до навантаженого ініціатору тРНК звичайною номенклатурою є FMET-тРНК _i або FMET-тРНК _f. Здається, також є трохи більше можливостей для визначення стартового місця у прокаріотів, ніж у еукаріотів, оскільки деякі бактерії використовують GUG або UUG. Хоча ці кодони зазвичай кодують валін і лейцин, відповідно, коли вони використовуються в якості стартових кодонів, ініціатор тРНК вносить в F-мет.

Хоча описаний генетичний код майже універсальний, є деякі ситуації, в яких він був змінений, а модифікації зберігаються в еволюційно стабільних середовищах. Мітохондрії в широкому діапазоні організмів демонструють стабільні зміни генетичного коду, включаючи перетворення AGA з кодування аргініну в стоп-кодон і зміна AAA від кодування лізину до кодування аспарагіну. Рідко зміна зустрічається в перекладі організматичного (ядерного) генома, але більшість з цих рідкісних змін є перетвореннями в або з стоп-кодонів.

Інші незначні зміни генетичного коду також існують, але універсальність коду в цілому залишається. Деякі мітохондріальні ДНК можуть використовувати різні початкові кодони: мітохондріальні рибосоми людини можуть використовувати AUA та AUU. У деяких видах дріжджів кодони CGA і CGC для аргініну не використовуються. Багато з цих змін були каталогізовані Національним центром біотехнологічної інформації (NCBI) на основі роботи Джукса та Осави в Каліфорнійському університеті в Берклі (США) та Університеті Нагої (Японія) відповідно.