0000021 3

GENETYKA

(5) KOD GENETYCZNY JEST KOLINEARNY

Matryca złożona jest z kolejnych trójek ułożonych w specyficzny sposób w określonej kolejności. Mechanizm odczytu informacji genetycznej musi więc zapewnić, że aminokwasy łączone będą w ściśle określonej kolejności — takiej w jakiej ułożone są kodony matrycy (por. Ryc. 20 oraz następne podrozdziały).

piCIWAW trójka	dlUg.l trójku	t ruro a trojka	czwarta trójka
G A A	GAC	c U U	G A G..	..kolejność trójek w mRNA
Glu	▼ - Asp	Leu	Glu	kolejność aminokwasów w
pnrrw.szy amin.	drugi amin.	trzeci amin.	czwarty amin.

Ryc. 20. Ogólna zasada kolinearności — kolejność ułożenia aminokwasów jest wiernym odzwierciedleniem kolejności ułożenia odpowiednich trójek kodujących (ponownie matrycę tworzą kodony mRNA, dlaczego to zrobiłem, dowiesz się juz wkrótce).

Niezwykle ciekawe badania przeprowadzono w celu ustalenia znaczenia konkretnych trójek. Zagadnienie to opisałem dopiero w ROZDZ: 3.2, jednak już teraz zwracam Ci uwagę na dziwną (?) sytuację. Otóż mamy do dyspozycji 64 trójkowe kombinacje i tylko (?) 20 rodzajów aminokwasów do zakodowania. Dokładne badania dowiodły, że kod genetyczny wykazuje interesującą cechę: jeden aminokwas może być kodowany przez kilka trójek. Dla określenia tej właściwości Crick zaproponował następujące sformułowanie:

(6) KOD GENETYCZNY JEST'/.DEGENEROWANY

Brzmi to groźnie, ponieważ degeneracja kojarzy nam się z czymś złym, cóż .... Nieco inaczej rzecz ujmując, można powiedzieć, że więcej niż jeden kodon może oznaczać ten sam rodzaj aminokwasu, np. wspomniane już trójki UUU i UUC (z RNA) kodują fcnyloalaninę (mamy więc dwa kodony na jeden aminokwas), z kolei trójki: ACA, ACU, ACG i ACC kodują treoninę (w tym przypadku aż cztery trójki kodują jeden aminokwas). Spośród 64 możliwych trójek musisz znać tylko cztery, spełniające specjalne funkcje (jeśli będziesz wkuwał resztę, to mogę tylko sugerować Ci wizytę u „doktora od głowy” — nic chodzi mi ani o dentystę, ani o laryngologa):

AUG — trójka kodująca metioninę u Eucaryota i formylometioninę u Trocaryota (formy-lometionina jest pochodną metioniny). Znaczenie tego kodonu jest ogromne — synteza każdego białka zaczyna się właśnie od ..znalezienia” trójki startowej, czyli AUG i wstawienia amino-^: kwasu startowego;

UAA. UAG, UGA trójki, które nie kodują żadnego aminokwasu. Stąd określa się je jako tzw. kodony nonsensowne (terminalne, STOP). Ich zadaniem jest wyznaczanie miejsca zakończenia syntezy białka.

Pomiędzy trójką startową i nonsensowną znajdują się trójki kodujące odpowiednie aminokwasy syntetyzowanego białka (proces ten został dokładniej opisany w ROZDZ: 3.2).

Ćwiczenie: Trzeba dobrze odróżniać jednoczesną jednoznaczność i degenerację kodu! Spójrz więc na Ryc. 21 i dokładnie ją zanalizuj. W tabeli kodu genetycznego (Ryc. 15) znajdź przykłady potwierdzające te założenia.

trójka		trójka		trójka		trójka		trójka trójka
ABC		ABA		CBC		CBA		AAA AAC
1		i		T		/ \		\/
Amin 1 i—-		Amin 2		Amin 6		Am 4 Am 5		Am 3

nieprawda

Ryc. 21. Jednoznaczność i degeneracja kodu.

Na koniec poszukajmy odpowiedzi na pytanie, czy reguły kodu obowiązują we wszystkich organizmach? Rzeczywistość przeszła najśmielsze oczekiwania — rozliczne badania wykazały, że

(7) KOD GENETYCZNY JEST UNIWERSALNY (POWSZECHNY)

Przy kładowi) u żółwia greckiego, pantofelka, stokrotki i człowieka ma on wszystkie cechy, które wymieniłem powyżej. Mało tego. we wszystkich tych i innych organizmach te same trójki kodują te same aminokwasy. Nie oznacza to wszak, że żółw błotny, pełzak ameby i dąb mają taką samą informację genetyczną! To tak, jak gdyby w oparciu o te same słowa i zasady językowe napisać różne książki. Ponadto każdy osobnik jednego gatunku ma inną informację genetyczną niż jego pobratymcy (pomijam tu problem organizmów powstających w drodze rozrodu bezpłciowego, por. CZĘŚĆ: ANATOMIA I..., ROZDZ: 7).

W pewnych bardzo rzadkich przypadkach stwierdzono jednak odstępstwa od uniwersalności kodu genetycznego. Najwięcej znaleziono ich w mitochondriach. Przykładowo, u ssaków trójka UGA w tych półautonomicznych organellach koduje tryptofan, podczas gdy uniwersalna trójka UGA powstająca w jądrze komórkowym jest sygnałem STOP. Z kolei trójka AGA w mitochondriach jest sygnałem STOP. podczas gdy uniwersalna AGA koduje argininę. Przyczyny takich różnic tłumaczone są na kilka sposobów. Mitochondria pochodzą od pierwotnych organizmów prokariotycznych, które żyły w czasach, gdy kod genetyczny różnych praorganizmów mógł się jeszcze różnić (por. hipoteza symbiotycznego pochodzenia w CYTOLOGIA I.... ROZDZ: 2.9). Mitochondria posiadają własne, odrębne od jądrowego DNA, które replikuje się niezależnie od materiału jądrowego i być może pozwoliło to zachować tego rodzaju różnice.

'V niosek: Jest prawdopodobne, że kod genetyczny powstawał w bardzo wczesnych etapach istnienia życia na Ziemi i już od bardzo dawna nie ulega żadnym zmianom, ale też po co zmieniać coś tak doskonałego?

2. Realizacja informacji genetycznej

UWAGA: Jeśli nic masz jeszcze dość tego wiecznego przypominania, to po raz kolejny powinieneś sięgnąć do CZĘŚCI: MOLEKULARNE PODŁOŻE .... ROZDZ: 2.2. 8.2.2 oraz 8.3.

PIERWOTNĄ FUNKCJĄ GENU JEST BIOSYNTEZA BIAŁKA

Wykształcenie cech danego organizmu zwykle jest bardzo złożonym procesem, wynikającym z licznych oddziaływań różnych reakcji metabolicznych oraz wpływów środowiska zewnętrz-

41