Die genetiese kode, uitgedruk in kodons, is 'n stelsel vir die kodering van inligting oor die struktuur van proteïene, inherent aan alle lewende organismes op die planeet. Die dekodering daarvan het 'n dekade geneem, maar die feit dat dit bestaan, het die wetenskap amper 'n eeu lank verstaan. Universaliteit, spesifisiteit, eenrigting en veral die degenerasie van die genetiese kode is van groot biologiese belang.
Ontdekkinggeskiedenis
Die probleem van die kodering van genetiese inligting was nog altyd 'n sleutelprobleem in biologie. Wetenskap het redelik stadig beweeg na die matriksstruktuur van die genetiese kode. Sedert die ontdekking deur J. Watson en F. Crick in 1953 van die dubbelheliese struktuur van DNS, het die stadium van die ontrafeling van die struktuur van die kode begin, wat geloof in die grootheid van die natuur aangewakker het. Die lineêre struktuur van proteïene en dieselfde struktuur van DNS het die teenwoordigheid van 'n genetiese kode geïmpliseer as 'n ooreenstemming van twee tekste, maar geskryf met verskillende alfabette. En asdie alfabet van proteïene was bekend, toe het die tekens van DNS die onderwerp van studie vir bioloë, fisici en wiskundiges geword.
Dit maak geen sin om al die stappe in die oplossing van hierdie raaisel te beskryf nie. 'n Direkte eksperiment, wat bewys en bevestig het dat daar 'n duidelike en konsekwente ooreenstemming tussen DNA-kodons en proteïen-aminosure is, is in 1964 deur C. Janowski en S. Brenner uitgevoer. En dan - die tydperk van ontsyfering van die genetiese kode in vitro (in vitro) deur die tegnieke van proteïensintese in selvrye strukture te gebruik.
Die volledig ontsyferde E. coli-kode is in 1966 by 'n simposium van bioloë in Cold Spring Harbor (VSA) bekend gemaak. Toe is die oortolligheid (degenerasie) van die genetiese kode ontdek. Wat dit beteken, is baie eenvoudig verduidelik.
Dekodering gaan voort
Die verkryging van data oor die dekodering van die oorerflike kode het een van die belangrikste gebeurtenisse van die vorige eeu geword. Vandag gaan die wetenskap voort om die meganismes van molekulêre enkoderings en sy sistemiese kenmerke en 'n oorvloed van tekens in diepte te bestudeer, wat die eienskap van die degenerasie van die genetiese kode uitdruk. 'n Afsonderlike studietak is die opkoms en evolusie van die koderingstelsel vir oorerflike materiaal. Bewyse van die verwantskap tussen polinukleotiede (DNS) en polipeptiede (proteïene) het stukrag gegee aan die ontwikkeling van molekulêre biologie. En dit op sy beurt tot biotegnologie, bio-ingenieurswese, ontdekkings in seleksie en gewasproduksie.
Dogmas en reëls
Die hoofdogma van molekulêre biologie – inligting word van DNS na inligting oorgedraRNA, en dan daarvan na proteïen. In die teenoorgestelde rigting is oordrag moontlik van RNA na DNA en van RNA na 'n ander RNA.
Maar die matriks of basis is altyd DNS. En al die ander fundamentele kenmerke van die oordrag van inligting is 'n weerspieëling van hierdie matriksaard van die oordrag. Naamlik die oordrag deur sintese op die matriks van ander molekules, wat die struktuur van die reproduksie van oorerflike inligting sal word.
Genetiese kode
Lineêre kodering van die struktuur van proteïenmolekules word uitgevoer met behulp van komplementêre kodons (drieling) van nukleotiede, waarvan daar slegs 4 is (adeïen, guanien, sitosien, timien (urasil)), wat spontaan tot die vorming lei. van 'n ander ketting nukleotiede. Dieselfde aantal en chemiese komplementariteit van nukleotiede is die hoofvoorwaarde vir so 'n sintese. Maar tydens die vorming van 'n proteïenmolekule is daar geen ooreenstemming tussen die hoeveelheid en kwaliteit van monomere nie (DNS-nukleotiede is proteïen-aminosure). Dit is die natuurlike oorerflike kode - 'n stelsel om die volgorde van aminosure in 'n proteïen in die volgorde van nukleotiede (kodons) op te teken.
Die genetiese kode het verskeie eienskappe:
- Triplety.
- Uniekheid.
- Oriëntasie.
- Nie-oorvleuelend.
- Oortolligheid (degenerasie) van die genetiese kode.
- Veelsydigheid.
Kom ons gee 'n kort beskrywing, met die fokus op die biologiese betekenis.
Drievoud, kontinuïteit en stopligte
Elkeen van die 61 aminosure stem ooreen met een semantiese drieling (trippel) van nukleotiede. Drie drieling dra nie inligting oor die aminosuur nie en is stopkodons. Elke nukleotied in die ketting is deel van 'n drieling, en bestaan nie op sy eie nie. Aan die einde en aan die begin van die ketting van nukleotiede wat vir een proteïen verantwoordelik is, is daar stopkodons. Hulle begin of stop translasie (die sintese van 'n proteïenmolekule).
Spesifiek, nie-oorvleuelend en eenrigting
Elke kodon (drieling) kodeer vir slegs een aminosuur. Elke drieling is onafhanklik van die naburige een en oorvleuel nie. Een nukleotied kan in slegs een drieling in die ketting ingesluit word. Proteïensintese gaan altyd net in een rigting, wat deur stopkodons gereguleer word.
Oortolligheid van die genetiese kode
Elke drieling nukleotiede kodeer een aminosuur. Daar is altesaam 64 nukleotiede, waarvan 61 aminosure (sinkodons) kodeer, en drie is betekenisloos, dit wil sê hulle kodeer nie 'n aminosuur (stopkodons). Die oortolligheid (degenerasie) van die genetiese kode lê in die feit dat in elke drieling substitusies gemaak kan word - radikaal (lei tot aminosuurvervanging) en konserwatief (verander nie die aminosuurklas nie). Dit is maklik om te bereken dat as 9 substitusies in 'n drieling gemaak kan word (posisies 1, 2 en 3), elke nukleotied vervang kan word deur 4 - 1=3 ander opsies, dan sal die totale aantal moontlike nukleotiedvervangingsopsies 61 wees. x 9=549.
Die degenerasie van die genetiese kode word gemanifesteer in die feit dat 549 variante veel meer asnodig om inligting oor 21 aminosure te enkodeer. Terselfdertyd, uit 549 variante, sal 23 substitusies lei tot die vorming van stopkodons, 134 + 230 substitusies is konserwatief, en 162 substitusies is radikaal.
Die reël van ontaarding en uitsluiting
As twee kodons twee identiese eerste nukleotiede het, en die res is nukleotiede van dieselfde klas (purien of pirimidien), dan dra hulle inligting oor dieselfde aminosuur. Dit is die reël van degenerasie of oortolligheid van die genetiese kode. Twee uitsonderings - AUA en UGA - die eerste kodeer metionien, alhoewel dit isoleucien moet wees, en die tweede is 'n stopkodon, hoewel dit triptofaan moet kodeer.
Die betekenis van degenerasie en universaliteit
Dit is hierdie twee eienskappe van die genetiese kode wat die grootste biologiese betekenis het. Al die eienskappe hierbo gelys is kenmerkend van die oorerflike inligting van alle vorme van lewende organismes op ons planeet.
Die degenerasie van die genetiese kode het 'n aanpasbare waarde, soos veelvuldige duplisering van die kode van een aminosuur. Daarbenewens beteken dit 'n afname in die betekenis (degenerasie) van die derde nukleotied in die kodon. Hierdie opsie verminder mutasieskade in DNA, wat sal lei tot growwe oortredings in die proteïenstruktuur. Dit is die verdedigingsmeganisme van die lewende organismes van die planeet.
