Kod genetik, yang dinyatakan dalam kodon, ialah sistem pengekodan maklumat tentang struktur protein, yang wujud dalam semua organisma hidup di planet ini. Penyahkodannya mengambil masa sedekad, tetapi hakikat bahawa ia wujud, sains difahami selama hampir satu abad. Kesejagatan, kekhususan, satu arah, dan terutamanya kemerosotan kod genetik adalah sangat penting secara biologi.
Sejarah penemuan
Masalah pengekodan maklumat genetik sentiasa menjadi masalah utama dalam biologi. Sains bergerak agak perlahan ke arah struktur matriks kod genetik. Sejak penemuan struktur heliks ganda DNA oleh J. Watson dan F. Crick pada tahun 1953, peringkat pembongkaran struktur kod itu bermula, yang mendorong kepercayaan kepada kehebatan alam semula jadi. Struktur linear protein dan struktur DNA yang sama membayangkan kehadiran kod genetik sebagai korespondensi dua teks, tetapi ditulis menggunakan abjad yang berbeza. Dan jikaabjad protein diketahui, kemudian tanda-tanda DNA menjadi subjek kajian ahli biologi, ahli fizik dan matematik.
Tidak masuk akal untuk menerangkan semua langkah dalam menyelesaikan teka-teki ini. Satu eksperimen langsung, yang membuktikan dan mengesahkan bahawa terdapat korespondensi yang jelas dan konsisten antara kodon DNA dan asid amino protein, telah dijalankan pada tahun 1964 oleh C. Janowski dan S. Brenner. Dan kemudian - tempoh pentafsiran kod genetik secara in vitro (in vitro) menggunakan teknik sintesis protein dalam struktur bebas sel.
Kod E. coli yang ditafsir sepenuhnya telah diumumkan pada tahun 1966 pada simposium ahli biologi di Cold Spring Harbor (AS). Kemudian redundansi (degenerasi) kod genetik telah ditemui. Maksud ini dijelaskan dengan ringkas.
Penyahkodan diteruskan
Mendapatkan data mengenai penyahkodan kod keturunan telah menjadi salah satu peristiwa paling penting pada abad yang lalu. Hari ini, sains terus mengkaji secara mendalam mekanisme pengekodan molekul dan ciri sistemiknya serta tanda-tanda yang berlebihan, yang menyatakan sifat degenerasi kod genetik. Cabang kajian yang berasingan ialah kemunculan dan evolusi sistem pengekodan untuk bahan turun temurun. Bukti hubungan antara polinukleotida (DNA) dan polipeptida (protein) memberi dorongan kepada perkembangan biologi molekul. Dan itu, seterusnya, kepada bioteknologi, kejuruteraan bio, penemuan dalam pemilihan dan pengeluaran tanaman.
Dogma dan peraturan
Dogma utama biologi molekul - maklumat dipindahkan daripada DNA kepada maklumatRNA, dan kemudian daripadanya kepada protein. Dalam arah yang bertentangan, penghantaran boleh dilakukan dari RNA ke DNA dan dari RNA ke RNA lain.
Tetapi matriks atau asas sentiasa DNA. Dan semua ciri asas lain penghantaran maklumat adalah gambaran sifat matriks penghantaran ini. Iaitu, pemindahan secara sintesis pada matriks molekul lain, yang akan menjadi struktur pembiakan maklumat keturunan.
Kod genetik
Pengekodan linear struktur molekul protein dijalankan menggunakan kodon pelengkap (triplet) nukleotida, di mana hanya terdapat 4 (adein, guanin, sitosin, timin (urasil)), yang secara spontan membawa kepada pembentukan rantaian nukleotida lain. Bilangan dan pelengkap kimia nukleotida yang sama adalah syarat utama untuk sintesis sedemikian. Tetapi semasa pembentukan molekul protein, tiada korespondensi antara kuantiti dan kualiti monomer (nukleotida DNA ialah asid amino protein). Ini ialah kod keturunan semula jadi - sistem merekod dalam jujukan nukleotida (kodon) jujukan asid amino dalam protein.
Kod genetik mempunyai beberapa sifat:
- Tiga tiga.
- Keunikan.
- Orientasi.
- Tidak bertindih.
- Kelebihan (degenerasi) kod genetik.
- Kepelbagaian.
Mari berikan penerangan ringkas, memfokuskan pada kepentingan biologi.
Tiga tiga, kesinambungan dan lampu henti
Setiap 61 asid amino sepadan dengan satu triplet semantik (tiga kali ganda) nukleotida. Tiga kembar tiga tidak membawa maklumat tentang asid amino dan merupakan kodon hentian. Setiap nukleotida dalam rantai adalah sebahagian daripada triplet, dan tidak wujud dengan sendirinya. Pada akhir dan pada permulaan rantaian nukleotida yang bertanggungjawab untuk satu protein, terdapat kodon berhenti. Mereka memulakan atau menghentikan terjemahan (sintesis molekul protein).
Tertentu, tidak bertindih dan satu arah
Setiap kodon (triplet) mengekodkan hanya satu asid amino. Setiap triplet adalah bebas daripada yang jiran dan tidak bertindih. Satu nukleotida boleh dimasukkan hanya dalam satu triplet dalam rantai. Sintesis protein sentiasa berjalan dalam satu arah sahaja, yang dikawal oleh kodon hentian.
Kelebihan kod genetik
Setiap triplet nukleotida mengekod satu asid amino. Terdapat 64 nukleotida secara keseluruhan, di mana 61 menyandikan asid amino (kodon deria), dan tiga tidak bermakna, iaitu, ia tidak menyandikan asid amino (kodon hentikan). Lebihan (degenerasi) kod genetik terletak pada fakta bahawa dalam setiap penggantian triplet boleh dibuat - radikal (membawa kepada penggantian asid amino) dan konservatif (tidak mengubah kelas asid amino). Adalah mudah untuk mengira bahawa jika 9 penggantian boleh dibuat dalam triplet (kedudukan 1, 2 dan 3), setiap nukleotida boleh digantikan dengan 4 - 1=3 pilihan lain, maka jumlah bilangan pilihan penggantian nukleotida yang mungkin ialah 61 x 9=549.
Kemerosotan kod genetik ditunjukkan dalam fakta bahawa 549 varian adalah lebih daripadadiperlukan untuk mengekod maklumat tentang 21 asid amino. Pada masa yang sama, daripada 549 varian, 23 penggantian akan membawa kepada pembentukan kodon hentian, 134 + 230 penggantian adalah konservatif dan 162 penggantian adalah radikal.
Peraturan degenerasi dan pengecualian
Jika dua kodon mempunyai dua nukleotida pertama yang serupa, dan selebihnya adalah nukleotida daripada kelas yang sama (purina atau pirimidin), maka ia membawa maklumat tentang asid amino yang sama. Ini adalah peraturan degenerasi atau redundansi kod genetik. Dua pengecualian - AUA dan UGA - yang pertama mengekodkan metionin, walaupun ia mestilah isoleucine, dan yang kedua ialah kodon hentian, walaupun ia harus mengekod triptofan.
Maksud kemerosotan dan kesejagatan
Dua sifat kod genetik inilah yang mempunyai kepentingan biologi yang paling besar. Semua sifat yang disenaraikan di atas adalah ciri maklumat keturunan semua bentuk organisma hidup di planet kita.
Kemerosotan kod genetik mempunyai nilai penyesuaian, seperti berbilang duplikasi kod satu asid amino. Di samping itu, ini bermakna penurunan dalam kepentingan (degenerasi) nukleotida ketiga dalam kodon. Pilihan ini meminimumkan kerosakan mutasi dalam DNA, yang akan membawa kepada pelanggaran kasar dalam struktur protein. Ini ialah mekanisme pertahanan organisma hidup di planet ini.
