9 vigtigste egenskaber ved genetisk kode

Nogle af de vigtigste egenskaber ved genetiske koder er som følger:

1. Koden er et tripletkodon:

Nukleotiderne af mRNA er arrangeret som en lineær sekvens af kodoner, hvor hver kodon består af tre successive nitrogenbaserede baser, dvs. koden er et tripletkodon. Konceptet af tripletkodon er blevet understøttet af to typer af punktmutationer: rammeforskydningsmutationer og base-substitutioner.

(i) Frameshift mutationer:

Det er åbenbart, at den genetiske besked, der engang blev indledt på et fast punkt, læses i en bestemt ramme i en række tre bogstaver. Rammen vil blive forstyrret, så snart der er en sletning eller tilføjelse af et eller flere baser.

Når sådanne rammeskiftmutationer blev krydset, producerer de i visse kombinationer de normale normale genstande af vildtype. Det blev konkluderet, at en af ​​dem var sletning og den anden en tilføjelse, således at den forstyrrede rækkefølge af rammen på grund af mutation vil blive genoprettet af den anden (figur 38.26).

(ii) Base-substitution:

Hvis i et mRNA-molekyle på et bestemt tidspunkt erstattes et basispar af en anden uden nogen deletion eller addition, vil betydningen af ​​et kodon indeholdende en sådan ændret base blive ændret. Som følge heraf vil en anden aminosyre blive inkorporeret i stedet for en bestemt aminosyre i en bestemt position i et polypeptid.

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

For eksempel bliver GGA-kodonet for glycin på grund af substitutionsmutation i genet for tryptophan-syntetaseenzym i en missionscodon AGA, som koder for arginin. Missionscodon er et kodon, som undergår en ændring for at specificere en anden aminosyre.

Et mere direkte bevis for en tripletkode kom ud fra konstateringen af, at et stykke mRNA indeholdende 90 nukleotider svarede til en polypeptidkæde på 30 aminosyrer af et voksende hæmoglobinmolekyle. På samme måde dirigerer 1200 nukleotider af "satellit" tobaksnekrosvirus syntesen af ​​coat proteinmolekyler, der har 372 aminosyrer.

2. Koden er ikke overlappende:

Ved oversættelse af mRNA-molekyler overlapper kodonerne ikke, men læses i rækkefølge (figur 38.27). Således betyder en ikke-overlappende kode, at en base i et mRNA ikke anvendes til forskellige codoner. I figur 38.28 har det vist sig, at en overlappende kode kan betyde kodning af fire aminosyrer fra seks baser.

I praksis er seks baser dog ikke for mere end to aminosyrer. I tilfælde af en overlappende kode vil en enkelt ændring (af substitutionstype) i basesekvensen reflekteres i substitutioner af mere end en aminosyre i tilsvarende protein. Mange eksempler er akkumuleret siden 1956, hvor en enkelt basesubstitution resulterer i en enkelt aminosyreændring i insulin, tryptophan syntelase, TMV-coat protein, alkalisk phosphatase, hæmoglobin osv.

Det har imidlertid vist sig, at der i bakteriofagen ɸ × 174 er mulighed for at overlappe gener og kodoner (Barrel and colleagues, 1976, Sanger, et al., 1977).

3. Koden er nøjagtighed:

Den genetiske kode er nøjagtighed, hvilket betyder at ingen kodon er forbeholdt tegnsætning. Det betyder, at efter at en aminosyre er kodet, bliver den anden aminosyre automatisk kodet af de næste tre bogstaver, og at ingen bogstaver spildes som tegnsætningstegnene (figur 38.29).

4. Koden er ikke-tvetydig:

Ikke-tvetydig kode betyder, at et bestemt kodon altid vil kode for den samme aminosyre. I tilfælde af tvetydig kode kunne samme kodon have forskellige betydninger eller med andre ord, det samme kodon kunne kode to eller flere end to forskellige aminosyrer. Generelt skal det samme kodon som regel ikke kode for to forskellige aminosyrer.

Der er dog nogle rapporterede undtagelser fra denne regel: kodonerne AUG og GUG begge kan kode for methionin som initiering eller start af codon, selvom GUG er beregnet til valin. Ligeledes koder GGA-kodon for to aminosyrer glycin og glutaminsyre.

5. Koden har polaritet:

Koden læses altid i en fast retning, dvs. i 5 '→ 3' retningen. Med andre ord har kodonen en polaritet. Det er tydeligt, at hvis koden læses i modsatte retninger, vil den angive to forskellige proteiner, da kodonen ville have omvendt basesekvens:

6. Koden er degenereret:

Mere end et kodon kan angive den samme aminosyre; dette kaldes degeneration af koden. For eksempel, med undtagelse af tryptophan og methionin, som har en enkelt codon hver, har alle andre 18 aminosyrer mere end et codon. Således har ni aminosyrer, nemlig phenylalanin, tyrosin, histidin, glutamin, asparagin, lysin, asparaginsyre, glutaminsyre og cystein, to codoner hver. Isoleucin har tre kodoner. Fem aminosyrer, nemlig valin, prolin, threonin, alanin og glycin, har fire kodoner hver. Tre aminosyrer, nemlig leucin, arginin og serin, har seks codoner hver (se tabel 38.5).

Koden degeneracy er grundlæggende af to typer: delvis og komplet. Delvis degeneration opstår, når de to første nucleotider er identiske, men det tredje (dvs. 3 'base) nukleotid af degenererede codoner adskiller sig f.eks. CUU og CUC-kode for leucin. Komplet degenerering opstår, når en af ​​de fire baser kan tage tredje position og stadig kode for den samme aminosyre (f.eks. UCU, UCC, UCA og UCG kode for serin).

Degeneracy af genetisk kode har visse biologiske fordele. For eksempel tillader det i det væsentlige det samme komplement af enzymer og andre proteiner, der skal specificeres af mikroorganismer, der varierer meget i deres DNA-basesammensætning. Degeneracy giver også en mekanisme til minimering af mutational dødelighed.

7. Nogle koder fungerer som startkodoner:

I de fleste organismer er AUG-codon start- eller initieringskodonet, dvs. polypeptidkæden starter enten med methionin (eukaryoter) eller N- formylmethionin (prokaryoter). Methionyl eller N-formylmethionyl-tRNA binder specifikt til initiationsstedet for mRNA indeholdende AUG-initieringskodonet. I sjældne tilfælde tjener GUG også som initieringskodon, fx bakterieproteinsyntese. Normalt GUG koder for valin, men når normal AUG codon går tabt ved sletning, kun derefter GUG bruges som initieringskodon.

8. Nogle koder fungerer som stopkodoner:

Tre kodoner UAG, UAA og UGA er kædestop eller termineringskodonerne. De koder ikke for nogen af ​​aminosyrerne. Disse kodoner læses ikke af nogen tRNA-molekyler (via deres anticodoner), men læses af nogle specifikke proteiner, kaldet frigivelsesfaktorer (fx RF-1, RF-2, RF-3 i prokaryoter og RF i eukaryoter). Disse kodoner kaldes også nonsenskodoner, da de ikke angiver nogen aminosyre.

UAG var det første opsigelseskodon, der blev opdaget af Sidney Brenner (1965). Den blev navngivet rav efter en kandidatstuderende ved navn Bernstein (= det tyske ord for "ravfarvet" og ravfarvet betyder brunlig gul) der hjælper med at opdage en klasse af mutationer. Tilsyneladende for at give ensartethed blev de to andre termineringskodoner også opkaldt efter farver som ovar for UAA og opal eller umber for UGA. (Ocher betyder gul rød eller lysegul; opal betyder mælkhvid og umber betyder brun). Eksistensen af ​​mere end et stopkodon kan være en sikkerhedsforanstaltning, hvis det første kodon ikke fungerer.

9. Koden er universel:

Samme genetiske kode er fundet gyldig for alle organismer, der spænder fra bakterier til mennesker. En sådan universalitet af koden blev demonstreret af Marshall, Caskey og Nirenberg (1967), som fandt ud af, at E. coli (Bacterium), Xenopus laevis (Amphibian) og marsvin (pattedyr) aminoacyl-tRNA bruger næsten samme kode. Nirenberg har også udtalt, at den genetiske kode kan have udviklet 3 milliarder år siden med de første bakterier, og den har ændret sig meget lidt i hele levende organismers udvikling.

For nylig er der fundet nogle forskelle mellem den universelle genetiske kode og mitokondriale genetiske kode (tabel 38.6).

Tabel 38.6. Forskelle mellem den "universelle genetiske kode" og to mitokondriegenetiske koder:

codon Mammalian mitokondrialkode Gær-mitokondrialkode " "Universal Code
1. UGA Trp * Trp Hold op
2. AUA Mødte Mødte Ligge
3. CUA leu Thr leu
4. AGA Hold op arg arg
5. AGG

* Kursiv type angiver, at koden adskiller sig fra den "universelle" kode.