Τι είναι ένα κωδικόνιο; (Genetics)



Α κωδικόνιο είναι ο καθένας από τους 64 πιθανούς συνδυασμούς τριών νουκλεοτιδίων, με βάση τα τέσσερα που αποτελούν τα νουκλεϊνικά οξέα. Δηλαδή, τετράγωνα από τρία "γράμματα" ή τριάδες κατασκευάζονται από συνδυασμούς των τεσσάρων νουκλεοτιδίων.

Αυτά είναι τα δεοξυριβονουκλεοτίδια με τις αζωτούχες βάσεις αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη και κυτοσίνη στο ϋΝΑ. Στο RNA, είναι ριβονουκλεοτίδια με τις αζωτούχες βάσεις αδενίνη, γουανίνη, ουρακίλη και κυτοσίνη.

Η έννοια του κωδικονίου εφαρμόζεται μόνο στα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες. Το μήνυμα που κωδικοποιείται στο DNA θα διαβαστεί σε μπλοκ των τριών γραμμάτων μετά την επεξεργασία των πληροφοριών του αγγελιοφόρου σας. Το κωδικόνιο, εν συντομία, είναι η βασική μονάδα κωδικοποίησης των γονιδίων που μεταφράζονται.

Ευρετήριο

  • 1 κωδικόνια και αμινοξέα
  • 2 Μήνυμα, αγγελιοφόροι και μετάφραση
    • 2.1 Γενετικό μήνυμα
  • 3 κωδικόνια και αντιοκωδόνες
  • 4 Ο εκφυλισμός του γενετικού κώδικα
    • 4.1 Organelles
  • 5 Αναφορές

Κωδικόνια και αμινοξέα

Εάν για κάθε θέση με λέξεις τριών γραμμάτων έχουμε τέσσερις δυνατότητες, το προϊόν 4 X 4 X 4 μας δίνει 64 πιθανές συνδυασμούς. Καθένα από αυτά τα κωδικόνια αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ - εκτός από τρία που λειτουργούν ως κωδικόνια τέλους ανάγνωσης.

Η μετατροπή ενός μηνύματος που κωδικοποιείται με αζωτούχες βάσεις σε ένα νουκλεϊκό οξύ σε ένα με αμινοξέα σε ένα πεπτίδιο ονομάζεται μετάφραση. Το μόριο που κινητοποιεί το μήνυμα από το DNA στο σημείο μετάφρασης ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA.

Μία τριάδα αγγελιοφόρου RNA είναι ένα κωδικόνιο του οποίου η μετάφραση θα διεξαχθεί στα ριβοσώματα. Τα μικρά μόρια προσαρμογέων που αλλάζουν τη γλώσσα των νουκλεοτιδίων στα αμινοξέα στα ριβοσώματα είναι τα RNA μεταφοράς.

Μήνυμα, αγγελιοφόροι και μετάφραση

Ένα μήνυμα που κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες αποτελείται από μια γραμμική συστοιχία νουκλεοτιδίων που είναι ένα πολλαπλάσιο των τριών. Το μήνυμα μεταφέρεται από ένα RNA που καλούμε αγγελιοφόρο (mRNA).

Σε κυτταρικούς οργανισμούς όλα τα mRNAs προκύπτουν με μεταγραφή του γονιδίου που κωδικοποιείται στο αντίστοιχο DNA τους. Δηλαδή, τα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες γράφονται στο DNA στη γλώσσα του DNA.

Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι στο DNA ο κανόνας των τριών αυστηρά επιβάλλεται. Όταν μεταγραφεί από το DNA, το μήνυμα γράφεται τώρα σε γλώσσα RNA.

Το mRNA αποτελείται από ένα μόριο με το μήνυμα του γονιδίου, πλαισιωμένο και στις δύο πλευρές από μη κωδικοποιητικές περιοχές. Ορισμένες μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις, όπως για παράδειγμα ματίσματος, επιτρέπουν τη δημιουργία ενός μηνύματος που συμμορφώνεται με τον κανόνα των τριών. Εάν στο DNA ο κανόνας των τριών δεν φάνηκε να εκπληρώνεται, ο σύνδεσμος τον αποκαθιστά.

Το mRNA μεταφέρεται στη θέση όπου βρίσκονται τα ριβοσώματα και εδώ ο αγγελιοφόρος κατευθύνει τη μετάφραση του μηνύματος στη γλώσσα των πρωτεϊνών.

Στην απλούστερη περίπτωση, η πρωτεΐνη (ή πεπτίδιο) θα έχει αριθμό αμινοξέων ίσο με το ένα τρίτο των γραμμάτων του μηνύματος χωρίς τρία από αυτά. Δηλαδή, ίσο με τον αριθμό των κωδικονίων του αγγελιοφόρου μείον έναν αριθμό ολοκλήρωσης.

Γενετικό μήνυμα

Ένα γενετικό μήνυμα ενός γονιδίου που κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες συνήθως ξεκινά με ένα κωδικόνιο που μεταφράζεται ως αμινοξύ μεθειονίνη (κωδικόνιο AUG, σε RNA).

Στη συνέχεια συνεχίζουν έναν χαρακτηριστικό αριθμό κωδικώνων σε ένα συγκεκριμένο γραμμικό μήκος και αλληλουχία και τελειώνουν σε ένα κωδικόνιο τερματισμού. Το κωδικόνιο λήξης μπορεί να είναι ένα από τα κωδικόνια οπάλ (UGA), πορτοκαλί (UAG) ή ώχρα (UAA).

Αυτά δεν έχουν ισοδύναμο σε γλώσσα αμινοξέων και συνεπώς ούτε αντίστοιχο RNA μεταφοράς. Ωστόσο, σε μερικούς οργανισμούς, το κωδικόνιο UGA επιτρέπει την ενσωμάτωση της τροποποιημένης αμινοξέος σεληνοκυστεΐνης. Σε άλλα, το κωδικόνιο UAG επιτρέπει την ενσωμάτωση του αμινοξέος πυρρολυσίνης.

Messenger RNA σύμπλοκα με ριβοσώματα, και η έναρξη της μετάφρασης επιτρέπει την ενσωμάτωση μιας αρχικής μεθειονίνης. Εάν η διαδικασία είναι επιτυχής, η πρωτεΐνη θα τεντώσει (επιμηκύνει) καθώς κάθε tRNA δωρίζει το αντίστοιχο αμινοξύ καθοδηγούμενο από τον αγγελιοφόρο.

Μόλις φθάσει το κωδικόνιο τερματισμού, η ενσωμάτωση των αμινοξέων διακόπτεται, η μετάφραση ολοκληρώνεται και το συντιθέμενο πεπτίδιο απελευθερώνεται.

Κώδικες και αντικωδόνες

Αν και είναι μια απλούστευση μιας πολύ πιο σύνθετης διαδικασίας, η αλληλεπίδραση κωδικόνιο-αντικωδικό υποστηρίζει την υπόθεση της μετάφρασης με συμπληρωματικότητα.

Σύμφωνα με αυτό, για κάθε κωδικόνιο σε έναν αγγελιοφόρο, η αλληλεπίδραση με ένα συγκεκριμένο tRNA θα υπαγορεύεται από τη συμπληρωματικότητα με τις βάσεις του αντικωδικού.

Το αντικωδικό είναι η αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων (τριπλή) που υπάρχουν στην κυκλική βάση ενός τυπικού tRNA. Κάθε συγκεκριμένο tRNA μπορεί να φορτωθεί με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, το οποίο θα είναι πάντοτε το ίδιο.

Με αυτό τον τρόπο, όταν αναγνωρίζεται ένα αντιοκωδικό, ο αγγελιοφόρος δείχνει στο ριβόσωμα ότι πρέπει να δεχθεί το αμινοξύ που φέρει το tRNA για το οποίο είναι συμπληρωματικό σε αυτό το θραύσμα.

Το tRNA ενεργεί, τότε, ως προσαρμογέας που επιτρέπει την επαλήθευση της μετάφρασης που πραγματοποιείται από το ριβόσωμα. Αυτός ο προσαρμογέας, σε στάδια ανάγνωσης κωδικώνων τριών γραμμάτων, επιτρέπει τη γραμμική ενσωμάτωση αμινοξέων που είναι, τέλος, το μεταφρασμένο μήνυμα.

Ο εκφυλισμός του γενετικού κώδικα

Κωδικοποίηση αλληλογραφίας: Το αμινοξύ είναι γνωστό στη βιολογία ως γενετικός κώδικας. Αυτός ο κώδικας περιλαμβάνει επίσης τα τρία κωδικόνια για τον τερματισμό της μετάφρασης.

Υπάρχουν 20 απαραίτητα αμινοξέα. αλλά υπάρχουν, με τη σειρά τους, 64 κωδικόνια διαθέσιμα για μετατροπή. Αν εξαλείψουμε τα τρία κωδικόνια τερματισμού, έχουμε ακόμα 61 για να κωδικοποιήσουμε τα αμινοξέα.

Η μεθειονίνη κωδικοποιείται μόνο από το κωδικόνιο AUG- το οποίο είναι το κωδικόνιο έναρξης, αλλά επίσης και από αυτό το συγκεκριμένο αμινοξύ σε οποιοδήποτε άλλο μέρος του μηνύματος (γονίδιο).

Αυτό οδηγεί σε κωδικοποίηση 19 αμινοξέων από τα υπόλοιπα 60 κωδικόνια. Πολλά αμινοξέα κωδικοποιούνται από ένα μόνο κωδικόνιο. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλα αμινοξέα που κωδικοποιούνται από περισσότερα από ένα κωδικόνια. Αυτή η έλλειψη σχέσης μεταξύ κωδικονίου και αμινοξέος είναι αυτό που αποκαλούμε εκφυλισμό του γενετικού κώδικα.

Organelles

Τέλος, ο γενετικός κώδικας είναι εν μέρει οικουμενικός. Στα ευκαρυωτικά υπάρχουν και άλλα οργανίδια (εξελικτικά προερχόμενα από βακτήρια), όπου μια διαφορετική μετάφραση επαληθεύεται από αυτή που επαληθεύεται στο κυτταρόπλασμα.

Αυτά τα οργανίδια με το δικό τους γονιδίωμα (και μετάφραση) είναι χλωροπλάστες και μιτοχόνδρια. Οι γενετικοί κώδικες των χλωροπλαστών, των μιτοχονδρίων, των πυρήνων των ευκαρυωτικών και των νουκλεοειδών των βακτηριδίων δεν είναι ακριβώς πανομοιότυπα.

Εντούτοις, μέσα σε κάθε ομάδα είναι καθολική. Για παράδειγμα, ένα φυτικό γονίδιο που κλωνοποιείται και μεταφράζεται σε ένα ζωικό κύτταρο θα δημιουργήσει ένα πεπτίδιο με την ίδια γραμμική αλληλουχία αμινοξέων που θα είχε μεταφραστεί στο φυτό προέλευσης.

Αναφορές

  1. Alberts, Β, Johnson, Α D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, Μ, Roberts, Κ, Walter, Ρ (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). W. W. Norton & Company, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.
  2. Brooker, R.J. (2017). Γενετική: Ανάλυση και Αρχές. McGraw-Hill Higher Education, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.
  3. Goodenough, U.W. (1984) Genetics. W. Β. Saunders Co. Ltd, Philadelphia, ΡΑ, ΗΠΑ.
  4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Εισαγωγή στη γενετική ανάλυση (11th ed.). Νέα Υόρκη: W. Η. Freeman, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.
  5. Koonin, E.V., Novozhilov, A.S. (2017) Προέλευση και εξέλιξη γενικού γενετικού κώδικα. Annual Review of Genetics, 7: 51: 45-62.
  6. Manickam, Ν., Joshi, Κ., Bhatt, Μ. J., Farabaugh, P.J. (2016) Οι επιδράσεις της τροποποίησης του tRNA στην μεταφραστική ακρίβεια εξαρτώνται από την ενδογενή ισχύ κωδικονίου-αντικωδικού. Nucleic Acids Research, 44: 1871-81.