Ang genetic code, na ipinahayag sa mga codon, ay isang sistema para sa pag-encode ng impormasyon tungkol sa istruktura ng mga protina, na likas sa lahat ng buhay na organismo sa planeta. Ang pag-decode nito ay tumagal ng isang dekada, ngunit ang katotohanan na ito ay umiiral, naunawaan ng agham sa halos isang siglo. Ang universality, specificity, unidirectionality, at lalo na ang degeneracy ng genetic code ay may malaking biological na kahalagahan.
Kasaysayan ng pagtuklas
Ang problema sa pag-encode ng genetic na impormasyon ay palaging isang susi sa biology. Ang agham ay lumipat nang medyo mabagal patungo sa istraktura ng matrix ng genetic code. Mula nang matuklasan nina J. Watson at F. Crick noong 1953 ang double helical structure ng DNA, nagsimula ang yugto ng pag-unravel sa mismong istruktura ng code, na nag-udyok ng pananampalataya sa kadakilaan ng kalikasan. Ang linear na istraktura ng mga protina at ang parehong istraktura ng DNA ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang genetic code bilang isang sulat ng dalawang teksto, ngunit isinulat gamit ang magkaibang mga alpabeto. At kungang alpabeto ng mga protina ay kilala, pagkatapos ang mga palatandaan ng DNA ay naging paksa ng pag-aaral para sa mga biologist, physicist at mathematician.
Walang saysay na ilarawan ang lahat ng hakbang sa paglutas ng bugtong na ito. Isang direktang eksperimento, na nagpatunay at nagkumpirma na mayroong malinaw at pare-parehong pagsusulatan sa pagitan ng mga DNA codon at protina na amino acid, ay isinagawa noong 1964 nina C. Janowski at S. Brenner. At pagkatapos - ang panahon ng pag-decipher ng genetic code sa vitro (in vitro) gamit ang mga diskarte ng synthesis ng protina sa mga istrukturang walang cell.
Ang ganap na na-decipher na E. coli code ay ginawang pampubliko noong 1966 sa isang symposium ng mga biologist sa Cold Spring Harbor (USA). Pagkatapos ay natuklasan ang redundancy (degeneracy) ng genetic code. Ang ibig sabihin nito ay ipinaliwanag nang simple.
Tuloy ang pag-decode
Ang pagkuha ng data sa pag-decode ng namamana na code ay naging isa sa mga pinakamahalagang kaganapan noong nakaraang siglo. Ngayon, patuloy na pinag-aaralan ng agham ang mga mekanismo ng molecular encodings at ang mga systemic na tampok nito at ang labis na kasaganaan ng mga palatandaan, na nagpapahayag ng pag-aari ng pagkabulok ng genetic code. Ang isang hiwalay na sangay ng pag-aaral ay ang paglitaw at ebolusyon ng coding system para sa namamana na materyal. Ang katibayan ng relasyon sa pagitan ng polynucleotides (DNA) at polypeptides (proteins) ay nagbigay ng impetus sa pagbuo ng molecular biology. At iyon naman, sa biotechnology, bioengineering, mga pagtuklas sa pagpili at produksyon ng pananim.
Mga dogma at panuntunan
Ang pangunahing dogma ng molecular biology - inililipat ang impormasyon mula sa DNA patungo sa impormasyonRNA, at pagkatapos ay mula dito sa protina. Sa kabilang direksyon, ang paghahatid ay posible mula sa RNA patungo sa DNA at mula sa RNA patungo sa isa pang RNA.
Ngunit ang matrix o batayan ay palaging DNA. At ang lahat ng iba pang mga pangunahing tampok ng paghahatid ng impormasyon ay isang salamin ng likas na katangian ng matrix ng paghahatid. Lalo na, ang paglipat sa pamamagitan ng synthesis sa matrix ng iba pang mga molekula, na magiging istraktura ng pagpaparami ng namamana na impormasyon.
Genetic code
Linear coding ng istraktura ng mga molekula ng protina ay isinasagawa gamit ang mga pantulong na codon (triplets) ng mga nucleotides, kung saan mayroon lamang 4 (adeine, guanine, cytosine, thymine (uracil)), na kusang humahantong sa pagbuo ng isa pang chain ng nucleotides. Ang parehong bilang at chemical complementarity ng mga nucleotides ay ang pangunahing kondisyon para sa naturang synthesis. Ngunit sa panahon ng pagbuo ng isang molekula ng protina, walang pagsusulatan sa pagitan ng dami at kalidad ng mga monomer (Ang mga nucleotide ng DNA ay mga amino acid ng protina). Ito ang natural na namamana na code - isang sistema ng pagtatala sa pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide (codons) ng pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa isang protina.
May ilang katangian ang genetic code:
- Tripletity.
- Kakaiba.
- Orientation.
- Hindi nagsasapawan.
- Redundancy (degeneracy) ng genetic code.
- Versatility.
Magbigay tayo ng maikling paglalarawan, na nakatuon sa biological na kahalagahan.
Tripletity, continuity at stoplight
Ang bawat isa sa 61 amino acid ay tumutugma sa isang semantic triplet (triple) ng mga nucleotides. Ang tatlong triplet ay hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa amino acid at mga stop codon. Ang bawat nucleotide sa chain ay bahagi ng isang triplet, at hindi umiiral sa sarili nitong. Sa dulo at sa simula ng kadena ng mga nucleotide na responsable para sa isang protina, mayroong mga stop codon. Sinisimulan o hinihinto nila ang pagsasalin (ang synthesis ng isang molekula ng protina).
Specific, hindi nagsasapawan at unidirectional
Ang bawat codon (triplet) ay nagko-code para lamang sa isang amino acid. Ang bawat triplet ay independiyente sa kalapit na isa at hindi nagsasapawan. Ang isang nucleotide ay maaaring isama sa isang triplet lamang sa kadena. Ang synthesis ng protina ay palaging napupunta sa isang direksyon, na kinokontrol ng mga stop codon.
Mga redundance ng genetic code
Ang bawat triplet ng nucleotides ay nag-e-encode ng isang amino acid. Mayroong 64 na mga nucleotide sa kabuuan, kung saan 61 ang naka-encode ng mga amino acid (sense codons), at tatlo ay walang kahulugan, iyon ay, hindi sila nag-encode ng amino acid (stop codons). Ang kalabisan (degeneracy) ng genetic code ay nakasalalay sa katotohanan na sa bawat triplet na pagpapalit ay maaaring gawin - radikal (humahantong sa pagpapalit ng amino acid) at konserbatibo (huwag baguhin ang klase ng amino acid). Madaling kalkulahin na kung ang 9 na pagpapalit ay maaaring gawin sa isang triplet (mga posisyon 1, 2 at 3), ang bawat nucleotide ay maaaring palitan ng 4 - 1=3 iba pang mga opsyon, kung gayon ang kabuuang bilang ng mga posibleng opsyon sa pagpapalit ng nucleotide ay magiging 61 x 9=549.
Ang pagkabulok ng genetic code ay ipinakita sa katotohanan na ang 549 na mga variant ay higit pa sakinakailangan upang i-encode ang impormasyon tungkol sa 21 amino acid. Kasabay nito, sa 549 na variant, 23 pagpapalit ang hahantong sa pagbuo ng mga stop codon, 134 + 230 na pagpapalit ang konserbatibo, at 162 ang pagpapalit ay radikal.
The rule of degeneracy and exclusion
Kung ang dalawang codon ay may dalawang magkaparehong unang nucleotides, at ang natitira ay mga nucleotide ng parehong klase (purine o pyrimidine), kung gayon nagdadala sila ng impormasyon tungkol sa parehong amino acid. Ito ang tuntunin ng pagkabulok o redundancy ng genetic code. Dalawang exception - AUA at UGA - ang una ay nag-encode ng methionine, bagama't dapat itong isoleucine, at ang pangalawa ay isang stop codon, bagama't dapat itong mag-encode ng tryptophan.
Ang kahulugan ng degeneracy at universality
Itong dalawang katangian ng genetic code ang may pinakamalaking biological na kahalagahan. Ang lahat ng mga katangiang nakalista sa itaas ay katangian ng namamana na impormasyon ng lahat ng anyo ng mga buhay na organismo sa ating planeta.
Ang degeneracy ng genetic code ay may adaptive value, tulad ng maramihang pagdoble ng code ng isang amino acid. Bilang karagdagan, nangangahulugan ito ng pagbawas sa kahalagahan (pagkabulok) ng ikatlong nucleotide sa codon. Ang pagpipiliang ito ay nagpapaliit sa mutational na pinsala sa DNA, na hahantong sa mga malalaking paglabag sa istruktura ng protina. Ito ang mekanismo ng pagtatanggol ng mga buhay na organismo ng planeta.
