+ Pokaż spis treści

Kod genetyczny - sposób zapisu informacji o białkach

Informacja o budowie białek jest w większości przypadków zapisana w DNA (u niektórych wirusów jest zapisana w RNA). Do odczytania informacji genetycznej niezbędne jest przepisanie jej z DNA na RNA (transkrypcja). Aby tę informację "odszyfrować", czyli z języka nukleotydów przetłumaczyć ją na język aminokwasów, potrzebny jest klucz. Tym kluczem jest kod genetyczny.

Pamiętaj, że kod genetyczny jest metodą zapisu informacji genetycznej! Nie można zatem mówić, że "ustala się" lub "bada się kod genetyczny" jakiegoś organizmu. Kod genetyczny został rozszyfrowany w latach 50 - tych i od tego czasu wiemy, że jest on wspólny niemal wszystkim organizmom.
Aha, "bada się" lub"ustala" sekwencję nukleotydów danego organizmu.


Poniższe ustalenia, dotyczące właściwości kodu genetycznego, odnosić się mogą do obu kwasów nukleinowych, ale przyjęło się odnosić je głównie do RNA.

  1. Kod genetyczny jest trójkowy, oznacza to, że trzy nukleotydy tworzą jednostkę kodującą jeden aminokwas. Taka trójka nukleotydów nazywana jest kodonem. ?atwo obliczyć, że liczba różnych kodonów wynosi 64. Jest to ilość kombinacji trzyelementowych na zbiorze czteroelementowym. Wyjaśnienie przedstawiono na rysunku nr 3.2.

    Rysunek nr 3.1. przedstawiający w jaki sposób obliczyć liczbę różnych kodonów.

    Kod genetyczny nie może być jedynkowy (jeden nukleotyd kodowałby jeden aminokwas), ani dwójkowy (dwa nukleotydy kodujące jeden aminokwas), ponieważ liczba różnych kodonów, wynosząca odpowiednio: 4 i 16 nie wystarczyłaby do zakodowania dwudziestu różnych aminokwasów występujących w białkach. Teoretycznie kod genetyczny mógłby być czwórkowy, piątkowy itp., ale nie jest to potrzebne - 64 różne kodony wystarczają aż nadto do zakodowania dwudziestu aminokwasów. Kiedy w latach 50-tych rozszyfrowywano kod genetyczny, zrobiono podstawowe założenie, że kod jest co najmniej trójkowy. Udowodniono, że kod jest trójkowy. Oznacza to, że podczas ewolucji abiotycznej (nie było jeszcze żadnych form życia na Ziemi), kiedy ustalały się dopiero zależności pomiędzy białkami i kwasami nukleinowymi, "wygrał" najprostszy wariant.

  2. Kod genetyczny jest jednoznaczny - konkretna trójka nukleotydów koduje konkretny, zawsze ten sam aminokwas. Kodony dla wszystkich aminokwasów występujących w przyrodzie przedstawiono w tabeli. Kodony zapisano jako trójki nukleotydów kwasu RNA, ponieważ to właśnie RNA służy jako bezpośrednia matryca do syntezy białek.

    Trójka AUG - kodująca metioninę (u organizmów eukariotycznych, zaś u organizmów prokariotycznych formylometioninę, pochodną metioniny) jest kodonem startowym dla translacji. Synteza każdego białka rozpoczyna się od tego kodonu.

    Trzy trójki nukleotydów UAA, UAG i UGA, nazywane odpowiednio: amber, ochre i opal nie kodują żadnego aminokwasu, dlatego określa się je jako kodony nonsensowne. Ich istnienie nie jest jednak pozbawione sensu: są wykorzystywane jako sygnał do zakończenia syntezy białek (terminacja translacji). Kodony nonsensowne nazywamy inaczej kodonami terminalnymi lub kodonami stop.

  3. Kod genetyczny jest zdegenerowany. Ten niezbyt szczęśliwy termin, zaproponowany przez Cricka oznacza, że niektóre aminokwasy są zakodowane przez więcej niż jedną trójkę nukleotydów, inaczej mówiąc kilka różnych kodonów koduje ten sam aminokwas. W oczywisty sposób wynika to z porównania ilości trójek kodujących (64 - 3 trójki nonsensowne = 61) z ilością aminokwasów do zakodowania (20).

  4. W kodzie genetycznym trójki nie nakładają się na siebie (jest niezachodzący).


Kolejne kodony położone są obok siebie i nie zachodzą na siebie. Jeżeli kolejne kodony zachodziłyby na siebie informacja genetyczna zajmowałaby mniej miejsca (geny byłyby krótsze). Taki sposób kodowania wyklucza jednak możliwości, jakie daje kod niezachodzący. W kodzie niezachodzącym kodon nie jest determinowany przez kodon poprzedzający.

 

Rysunek nr 3.4. przedstawiający porównanie kodu niezachodzącego i kodów zachodzących. 

 

  • Kod genetyczny jest bezprzecinkowy. Nie ma żadnych "przecinków", czyli żadnych znaków zarówno fizycznych jak i chemicznych oddzielających od siebie kolejne kodony. Żaden kodon nie służy jako przecinek (trzy kodony nonsensowne służą do zakończenia syntezy białka, można powiedzieć, że są wykorzystywane jako kropka).

     

    Ta cecha kodu genetycznego pociąga za sobą bardzo poważne następstwa. Wystarczy drobna pomyłka przy przepisywaniu informacji genetycznej (np. podczas powielania DNA lub w czasie transkrypcji), polegająca na wstawieniu lub usunięciu jednego, czy dwóch nukleotydów, aby doszło do zmiany fazy odczytu (przesunięcia ramki odczytu). Ponieważ kod jest trójkowy i bezprzecinkowy można go odczytać w trzech fazach. Komórka wykorzystuje kodon startowy do ustalenia odpowiedniej fazy odczytu, czyli miejsca rozpoczęcia translacji.

     

    Rysunek nr 3.5. przedstawiający fazy odczytu kodu genetycznego.

      

  • Kod genetyczny jest kolinearny. Oznacza to, że kolejność ułożenia trójek kodujących (aminokwasy) w kwasie nukleinowym odpowiada kolejności ułożenia aminokwasów w białku (patrz rys. nr 3.5.).

      

  • Kod genetyczny jest uniwersalny. U wszystkich organizmów żywych występuje taki sam kod genetyczny. Wszystkie wymienione cechy kodu genetycznego:

 

  • trójkowy,
  • jednoznaczny,
  • zdegenerowany,
  • niezachodzący,
  • bezprzecinkowy,
  • kolinearny

     

    - dotyczą zarówno bakterii jak i człowieka. Te same trójki nukleotydów kodują te same aminokwasy u organizmów tak różnych jak pieczarka i pies. Uniwersalność kodu genetycznego umożliwiła powstanie inżynierii genetycznej. Silniejsze odmiany roślin z genami skorpiona, bakterie zmuszone do produkcji ludzkich białek - wszystko to jest możliwe dlatego, że zapis informacji o białkach jest tak samo odczytywany przez każdy żywy organizm. Uniwersalność kodu genetycznego jest w końcu także dowodem na jedność organizmów żywych, ich wspólne pochodzenie i wspólną ewolucyjną historię.