0000019 3

GENETYKA

polegałaby na dostawianiu kolejnych aminokwasów do nici DNA. Kłopot w tym. iż licząc wzdłuż długiej osi cząsteczki DNA, odcinek zajmowany przez trzy nuklcotydy ma stałą długość 1,02 nm (bo 3 x 0,34 nm; por. model Watsona i Cricka). Tymczasem odcinek zajmowany przez jeden aminokwas w łańcuchu polipeptydowym ma długość ok. 0,36 nm (dokładna wartość zależy od rodzaju aminokwasu). Jeśli więc aminokwasy miałyby być bezpośrednio „przykładane" do matrycy. to długość wiązania peptydowego osiągałaby niedopuszczalne rozmiary (por. Ryc. 16).

1.02 nm

1 2 3

1 2 3

1 2 3

1 2 3

I 2 3

DNA

A, ......

A,

0'"'0.....

polipeptyd

-0.36 nm

Ryc. 16. DNA jako bezpośrednia matryca do syntezy łańcucha poltpeptydowego (zwróć uwagę na rosnącą długość wiązania peptydowego).

Tymczasem sam Gamow zdawał sobie sprawę z podstawowej słabości tego założenia. Wybrnął z kłopotu dokonując złożonych obliczeń, których sens sprowadza się do tego, że kod genetyczny jest nakładając)'. Praktycznie przyjęcie takiego rozwiązania oznaczałoby, że drugi nukłe-otyd pierwszej trójki stanowi pierwszy nukłeotyd drugiej trójki, a trzeci pierwszej trójki jest drugim drugiej. Jednocześnie trzeci nukłeotyd pierwszej trójki jest drugim drugiej i pierwszym trzeciej trójki (niezłe).

Jeśli zastanowisz się przez chwilę i rozpiszesz sobie dowolny fragment DNA zauważysz, że nakładanie się trójek narzuca istotne ograniczenia — za daną trójką nie może być dowolnej innej trójki, co zmniejsza liczbę możliwości ustawiania aminokwasów w białkach. Posłużmy się teraz przykładem. Jak wynika z tabeli kodu genetycznego, trójki: UUU oraz UUC kodują feny-loalaninę. Jeśli więc trójki kodujące nakładają się na siebie, sytuacja będzie następująca:

1. W przypadku, gdy pierwszą trójką jest UUU, druga musi przyjąć postać: UU... (por. Ryc.

17 A).

UUU

UUC

koduje fenyloalaninę koduje fenyloalaninę

Jeśli:

I 2 3

i-1

UUU...

1 2 3

to druga trójka musi przyjąć postać: U U co daje następujące możliwości: UUU

UUC UU A U U G -

fenyloalanina;

fenyloalanina:

leucyna;

leucyna.

Ryc. 17 A. Przykładowa sy tuacja, gdyby kod genetyczny był nakładający, a pierw sza trójka miała sekwencję UUU.

2. W przypadku, gdy pierwszą trójką jest UUC, druga musi przyjąć postać: UC... (por. Ryc. 17 B).

Jeśli: 1 2 3	-1
UUC...	to druga trójka musi przyjąć postać: U C ... i
1 2 3	co daje następujące możliwości: UCU.UCC.UC A,UCG * seryna

Hyc. 17 R Przykładowa sytuacja, gdyby kot! genetyczny był nakładający, a pierwsza trójka miała sekwencję UUC.

Tak więc w każdym białku po fenyloalaninie mogłyby występować: fenyloalanina. leucyna albo seryna i żaden inny aminokwas. Tak poważne ograniczenie możliwych kombinacji aminokwasów w białkowych polimerach radykalnie zmniejszyłoby różnorodność w święcie organizmów żywych. Dlatego też słuszność założenia Gamowa została sprawdzona empirycznie i doświadczenia. w których ustalano sekwencje aminokwasów w białkach wykazały, że badacz ten był w błędzie (por. Ryc. 18).

Ryc. 18. Porównanie kodów: nienakładającego się (a), nakładającego się (b) i nakładającego się częściowo (c).

Ćwiczenie: Teoretycznie istnieje też możliwość innego nakładania się trójek (ostatni nukłeotyd pierwszej trójki jest pierwszym drugiej; por. Ryc. 18 c). Nazywa się to czasem kodem częściowo zachodzącym. Spróbuj, korzystając z tabeli kodu genetycznego wykazać, że taki system także narzuca ograniczenia w kolejności występowania aminokwasów (możesz posłużyć się także trójkami UUU i UUC).

Okazało się więc, że

(2) KOD GENETYCZNY JEST NIENAKŁADAJĄCY (NIEZACHODZĄCY)

W świetle przedstawionej powyżej analizy jest to logiczne. Gamow mylił się więc:

a)    przyjmując możliwość bezpośredniego oddziaływania DNA — syntetyzowane białko;

b)    zakładając zachodzenie trójek kodujących na siebie;

c)    uznając, że jako matryca DNA wykorzystywany jest bardzo oszczędnie (przykładowo — 9 kolejnych nukleotydów koduje aż 7 aminokwasów). W rzeczywistości 9 nukleotydów może zakodować tylko 3 aminokw-asy!

Tym niemniej zasługą tego badacza było m.in. to, iż poddał kod genetyczny analizie matematycznej i wykazał zadziwiającą prostotę jego reguł w czasach, gdy większość biologów uważała. że kod życia powinien być niezwy kle skomplikowany.

Przejdźmy teraz do innego problemu: czy ważne jest, od którego dokładnie miejsca rozpoczniemy odczytywanie informacji? Jest to bardzo istotna sprawa, ponieważ fachowo mówiąc, ważne jest miejsce inicjacji odczytu oraz jego faza (ustalenie prawidłowej ramki odczytu; por. Ryc. 19 A).

37