Kodi gjenetik, i shprehur në kodone, është një sistem për kodimin e informacionit në lidhje me strukturën e proteinave, i natyrshëm në të gjithë organizmat e gjallë në planet. Dekodimi i tij zgjati një dekadë, por faktin që ekziston, shkenca e kuptoi për gati një shekull. Universaliteti, specifika, njëdrejtimi dhe veçanërisht degjenerimi i kodit gjenetik janë të një rëndësie të madhe biologjike.
Historia e zbulimit
Problemi i kodimit të informacionit gjenetik ka qenë gjithmonë një problem kyç në biologji. Shkenca lëvizi mjaft ngadalë drejt strukturës së matricës së kodit gjenetik. Që nga zbulimi nga J. Watson dhe F. Crick në 1953 të strukturës së dyfishtë spirale të ADN-së, filloi faza e zbulimit të vetë strukturës së kodit, e cila nxiti besimin në madhështinë e natyrës. Struktura lineare e proteinave dhe e njëjta strukturë e ADN-së nënkuptonte praninë e një kodi gjenetik si korrespondencë e dy teksteve, por të shkruar me alfabete të ndryshme. Dhe nësedihej alfabeti i proteinave, më pas shenjat e ADN-së u bënë objekt studimi për biologët, fizikantët dhe matematikanët.
Nuk ka kuptim të përshkruhen të gjitha hapat në zgjidhjen e kësaj gjëegjëzë. Një eksperiment i drejtpërdrejtë, i cili vërtetoi dhe konfirmoi se ekziston një korrespondencë e qartë dhe konsistente midis kodoneve të ADN-së dhe aminoacideve proteinike, u krye në vitin 1964 nga C. Janowski dhe S. Brenner. Dhe pastaj - periudha e deshifrimit të kodit gjenetik in vitro (in vitro) duke përdorur teknikat e sintezës së proteinave në strukturat pa qeliza.
Kodi E. coli i deshifruar plotësisht u bë publik në vitin 1966 në një simpozium biologësh në Cold Spring Harbor (SHBA). Më pas u zbulua teprica (degjenerimi) i kodit gjenetik. Çfarë do të thotë kjo u shpjegua mjaft thjeshtë.
Dekodimi vazhdon
Marrja e të dhënave për dekodimin e kodit trashëgues është bërë një nga ngjarjet më domethënëse të shekullit të kaluar. Sot shkenca vazhdon të studiojë në thellësi mekanizmat e kodimeve molekulare dhe veçoritë e tij sistemike dhe mbibollëkun e shenjave, që shpreh vetinë e degjenerimit të kodit gjenetik. Një degë e veçantë e studimit është shfaqja dhe evolucioni i sistemit të kodimit për materialin trashëgues. Dëshmia e marrëdhënies midis polinukleotideve (ADN) dhe polipeptideve (proteinave) i dhanë shtysë zhvillimit të biologjisë molekulare. Dhe kjo, nga ana tjetër, për bioteknologjinë, bioinxhinierinë, zbulimet në përzgjedhjen dhe prodhimin e të korrave.
Dogma dhe rregulla
Dogma kryesore e biologjisë molekulare - informacioni transferohet nga ADN në informacionARN, dhe më pas prej saj në proteina. Në drejtim të kundërt, transmetimi është i mundur nga ARN në ADN dhe nga ARN në një ARN tjetër.
Por matrica ose baza është gjithmonë ADN. Dhe të gjitha tiparet e tjera themelore të transmetimit të informacionit janë një pasqyrim i kësaj natyre matricore të transmetimit. Përkatësisht, transferimi me sintezë në matricën e molekulave të tjera, të cilat do të bëhen struktura e riprodhimit të informacionit trashëgues.
Kodi gjenetik
Kodimi linear i strukturës së molekulave të proteinave kryhet duke përdorur kodone plotësuese (treshe) të nukleotideve, nga të cilat ka vetëm 4 (adeinë, guaninë, citozinë, timinë (uracil)), e cila në mënyrë spontane çon në formimin të një zinxhiri tjetër nukleotidesh. I njëjti numër dhe komplementariteti kimik i nukleotideve është kushti kryesor për një sintezë të tillë. Por gjatë formimit të një molekule proteine, nuk ka korrespondencë midis sasisë dhe cilësisë së monomereve (nukleotidet e ADN-së janë aminoacide proteinike). Ky është kodi natyror trashëgues - një sistem regjistrimi në sekuencën e nukleotideve (kodoneve) sekuencën e aminoacideve në një proteinë.
Kodi gjenetik ka disa veti:
- Tripleti.
- Unike.
- Orientimi.
- Jo mbivendosur.
- Redundanca (degjenerimi) i kodit gjenetik.
- Shkathtësi.
Le të bëjmë një përshkrim të shkurtër, duke u fokusuar në rëndësinë biologjike.
Tripleti, vazhdimësia dhe dritat e ndalimit
Secili nga 61 aminoacidet korrespondon me një treshe semantike (trefish) të nukleotideve. Tre treshe nuk mbajnë informacion për aminoacidin dhe janë kodone ndaluese. Çdo nukleotid në zinxhir është pjesë e një treshe dhe nuk ekziston më vete. Në fund dhe në fillim të zinxhirit të nukleotideve përgjegjëse për një proteinë, ka kodone ndaluese. Ata fillojnë ose ndalojnë përkthimin (sintezën e një molekule proteine).
Specifik, jo i mbivendosur dhe me një drejtim
Çdo kodon (treshe) kodon vetëm për një aminoacid. Çdo treshe është e pavarur nga ajo fqinje dhe nuk mbivendoset. Një nukleotid mund të përfshihet vetëm në një treshe në zinxhir. Sinteza e proteinave shkon gjithmonë në vetëm një drejtim, i cili rregullohet nga kodonet ndaluese.
Tepricat e kodit gjenetik
Çdo treshe nukleotidesh kodon një aminoacid. Gjithsej janë 64 nukleotide, nga të cilat 61 kodojnë aminoacide (kodonet kuptimore), dhe tre janë të pakuptimta, domethënë nuk kodojnë një aminoacid (kodonet e ndalimit). Teprica (degjenerimi) i kodit gjenetik qëndron në faktin se në çdo treshe mund të bëhen zëvendësime - radikale (çojnë në zëvendësimin e aminoacideve) dhe konservatore (mos ndryshoni klasën e aminoacideve). Është e lehtë të llogaritet se nëse mund të bëhen 9 zëvendësime në një treshe (pozicionet 1, 2 dhe 3), çdo nukleotid mund të zëvendësohet me 4 - 1=3 opsione të tjera, atëherë numri i përgjithshëm i opsioneve të mundshme të zëvendësimit të nukleotideve do të jetë 61. x 9=549.
Degjenerimi i kodit gjenetik manifestohet në faktin se 549 variante janë shumë më tepër setë nevojshme për të koduar informacionin për 21 aminoacide. Në të njëjtën kohë, nga 549 variante, 23 zëvendësime do të çojnë në formimin e kodoneve ndaluese, 134 + 230 zëvendësime janë konservatore dhe 162 zëvendësime janë radikale.
Rregulli i degjenerimit dhe përjashtimit
Nëse dy kodone kanë dy nukleotide të para identike, dhe pjesa tjetër janë nukleotide të së njëjtës klasë (purinë ose pirimidinë), atëherë ato përmbajnë informacion për të njëjtin aminoacid. Ky është rregulli i degjenerimit ose tepricës së kodit gjenetik. Dy përjashtime - AUA dhe UGA - i pari kodon metioninën, megjithëse duhet të jetë izoleucinë, dhe i dyti është një kodon ndalues, megjithëse duhet të kodojë triptofanin.
Kuptimi i degjenerimit dhe universalitetit
Janë këto dy veti të kodit gjenetik që kanë rëndësinë më të madhe biologjike. Të gjitha vetitë e renditura më sipër janë karakteristike për informacionin trashëgues të të gjitha formave të organizmave të gjallë në planetin tonë.
Degjenerimi i kodit gjenetik ka një vlerë adaptive, si dyfishimi i shumëfishtë i kodit të një aminoacidi. Për më tepër, kjo nënkupton një ulje të rëndësisë (degjenerimit) të nukleotidit të tretë në kodon. Ky opsion minimizon dëmtimet mutacionale në ADN, gjë që do të çojë në shkelje të rënda në strukturën e proteinave. Ky është mekanizmi mbrojtës i organizmave të gjallë të planetit.
