الكود الجيني: خصائص واستثناءات المدونة الجينية

اقرأ هذه المقالة للتعرف على القانون الوراثي: خصائص واستثناءات الشفرة الوراثية

على الرغم من أن الحمض النووي يتكون من أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات ، يمكن وضع هذا الأخير بطرق لا حصر لها. وبالتالي ، يمكن أن يكون لسلسلة الدنا التي تتكون من عشرة أطوال نيوكليوتيدية فقط 4 10 أو 058.0486 نوعًا من الخيوط. وبما أن جزيء الحمض النووي الواحد يحتوي على عدة آلاف من النوكليوتيدات ، يمكن إدراج خاصية لا حدود لها في الحمض النووي.

الصورة مجاملة: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

هناك علاقة حميمة بين الجينات وتوليف polypeptides أو الإنزيمات. في المصطلحات الحديثة ، يشير الجين إلى شهادة الدنا. يتكون cistron من عدد كبير من النيوكليوتيدات. يرتبط ترتيب النيوكليوتيدات أو قواعد النيتروجين مع تركيب البروتينات من خلال التأثير على دمج الأحماض الأمينية فيها. وتسمى العلاقة بين تسلسل الأحماض الأمينية في تتابع متعدد البيبتيد والتسلسل النوكليوتيدي للحمض النووي أو mRNA بالشفرة الوراثية.

هناك مشكلة واحدة. يحتوي الحمض النووي على أربعة أنواع فقط من قواعد النيتروجين أو النيوكليوتيدات بينما عدد الأحماض الأمينية هو 20. لذلك ، كان يفترض بواسطة جورج جامو ، وهو فيزيائي ، أن الشفرة الثلاثية (المكونة من ثلاثة قواعد متجاورة لحمض أميني واحد) تكون فعالة. ساهم عدد من الأبحاث في فك رموز الشفرة الوراثية في الستينات ، على سبيل المثال ، فرانسيس HC Crick ، ​​Severo Ochoa ، Marshal W. Nirenberg ، Hargobind Khorana و JH Matthaei.

اكتشف سيفيرو أوتشوا فوسفوريلاز polynucleotide الذي يمكنه بلمرة ريبونوكليوتيدات لإنتاج RNA بدون أي قالب. طور Hargobind Khorana تقنية تجميع جزيئات الرنا مع مجموعة محددة جيدا من القواعد (homopolymers و copolymers).

اكتشف مارشال نيرنبرغ طريقة تخليق البروتين في الأنظمة الخالية من الخلايا. في عام 1968 ، مُنحت جائزة نوبل إلى هوللي ، و Nirenberg ، و Khorana لعملهما على الشفرة الوراثية وعملها. الأبحاث المختلفة التي ساعدت في فك شفرة الشفرة الوراثية الثلاثية هي كما يلي:

1. لاحظ كريك وآخرون (1961) أن الحذف أو إضافة واحد أو اثنين من أزواج القواعد في الحمض النووي من البكتيريا T 4 أزعج أداء الحمض النووي العادي. ومع ذلك ، عند إضافة ثلاثة أزواج قاعدة أو حذفها كان الحد الأدنى للإزعاج.

2. جادل نيرينبيرج وماتاي (1961) بأن الشفرة المفردة (أحماض أمينية واحدة محددة بقاعدة نيتروجين واحدة) يمكن أن تحدد 4 أحماض فقط (4 1 ) ، ورمز مزدوج فقط 16 (4 2 ) في حين أن الكود الثلاثي يمكن أن يحدد 64 الأحماض الأمينية (4 3 ). بما أن هناك 20 أحماض أمينية ، فإن الشفرة الثلاثية (ثلاثة قواعد النيتروجين لحمض أميني واحد) يمكن أن تكون فعالة.

3. Nirenberg (1961) أعد البوليمرات من النوكليوتيدات الأربعة - UUUUUU .. (حمض البولي يوريدليك) ، CCCCCC ... (حمض Polycytidylic) ، AAAAAA ... (حمض polyadenylic) و GGGGGG ... (حمض Polyguanylic). ولاحظ أن poly-U حفز تكوين polyphenylanaline ، poly-C من polyproline في حين ساعد poly-A في تكوين polylysine. ومع ذلك ، لم تعمل وظيفة بولي-جي (شكّلت بنية ثلاثية الأطراف لا تعمل في الترجمة). في وقت لاحق ، تم العثور على GGG لبروتوكول جليكاين الأحماض الأمينية.

4. خورانا (1964) تجميع البوليمرات من النيوكليوتيدات مثل UGUGUGUG ... ولاحظ أنها حفزت تشكيل polypeptides مع الأحماض الأمينية المماثلة بالتناوب مثل السيستئين - valine - السيستين. وهذا ممكن فقط إذا حددت ثلاثة نيوكليوتيدات متجاورة أحماضا أمينية واحدة (على سبيل المثال ، UGU) وثلاثة أحماض أمينية أخرى (على سبيل المثال ، GUG).

5. تم تأكيد الكودونات الثلاثية من خلال تعيين codon في الجسم الحي من خلال:

(ط) دراسات استبدال الأحماض الأمينية

(2) طفرات تحول الإطار.

6. تم وضع جميع الكودونات ببطء (الجدول 6.4). يتم تحديد بعض الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد. لغات رمز الحمض النووي و mRNA هي تكميلية. وبالتالي ، فإن الكودونين الخاصين بـ phenylalanine هما UUU و UUC في حالة mRNA وهما AAA و AAG للحمض النووي. الشفرة الوراثية عادة تمثل لغة مرنا. هذا لأن المكونات السيتوبلازمية يمكن أن تقرأ الشفرة من mRNA وليس الحامض النووي الموجود داخل النواة.

مميزات:

1. الرمز الثلاثي:

ثلاث قواعد النيتروجين المجاورة تشكل كودون يحدد وضع حمض أميني واحد في عديد ببتيد.

2. بدء الإشارة:

ويشار إلى توليف متعدد البيبتيد من قبل اثنين من codons البدء - عموما كودون AUG أو methionine ورافعة GUG أو valine codon. لديهم وظائف مزدوجة.

3. إيقاف إشارة:

يتم الإشارة إلى نهاية سلسلة البوليبتيد بواسطة ثلاثة أكواد إنهاء - UAA (مغرة) ، UAG (كهرمان) و UGA (أوبال). فهي لا تحدد أي حمض أميني ، وبالتالي تسمى أيضًا الكودونات غير المنطقية.

4. الرمز العالمي:

الشفرة الوراثية قابلة للتطبيق عالمياً ، أي أن الكودون يحدد نفس الحمض الأميني من فيروس إلى شجرة أو إنسان. وهكذا ، تنتج الحمض الريبوزي المرسال (mRNA) المأخوذ من قناة البويضة (Chick) التي يتم إدخالها في الإشريكية القولونية (ovalbumen) البكتريا البيضية في البكتيريا التي تشبه بالضبط البكتيريا التي تكونت في فرخ.

5. كودون غير غامض:

يحدد كودون واحد حمض أميني واحد فقط وليس أي حمض آخر.

6. الكودونات ذات الصلة:

الأحماض الأمينية ذات الخصائص المشابهة لها الكودونات ذات الصلة ، على سبيل المثال الأحماض الأمينية العطرية tryptophan (UGG) ، فينيل ألانين (UUC ، UUU) ، التيروزين (UAC ، UAU).

7. كومالس:

الشفرة الوراثية مستمرة ولا تمتلك توقفًا بعد ثلاثة توائم. إذا تم حذف nucleotide أو إضافته ، فإن الشفرة الوراثية بأكملها ستقرأ بشكل مختلف. وهكذا يتم تحديد بولي ببتيد يحتوي على 50 حمضًا أمينيًا بتسلسل خطي من 150 نيوكليوتيد. إذا تمت إضافة نوكليوتيد أو حذفه في منتصف هذا التسلسل ، فإن الأحماض الأمينية الـ 25 الأولى للبولي ببتيد ستكون هي نفسها ولكن الأحماض الأمينية التالية 25 ستكون مختلفة تمامًا.

8. قطبية:

الشفرة الوراثية لها قطبية. يتم قراءة رمز mRNA من 5 ′ -> 3 ′ الاتجاه.

9. كود غير متراكب:

يتم تحديد قاعدة النيتروجين بواسطة كودون واحد فقط.

10. تناقص رمز:

بما أن هناك 64 كودونًا ثلاثيًا و 20 حمضًا أمينيًا فقط ، يجب أن يتأثر دمج بعض الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد. فقط التربتوفان (UGG) والميثيونين (AUG) يتم تحديدها من قبل codons واحدة. جميع الأحماض الأمينية الأخرى يتم تحديدها بواسطة اثنين (على سبيل المثال ، فينيل ألانين - UUU ، UUC) إلى ستة (على سبيل المثال ، ارجينين CGU ، CGC ، CGA ، CGG AGA ، AGG).

وتسمى هذه الأخيرة الكودونات المنحلة أو الزائدة. في الكودونات المنحلة ، عادة ما تكون أول قاعدتين من النيتروجين متشابهة في حين أن الثالث مختلف. وبما أن قاعدة النيتروجين الثالثة ليس لها أي تأثير على الترميز ، فإن نفس الشيء يسمى وضع الاهتزاز (فرضية الاهتزاز ، كريك ، 1966).

11. الخطية الخطية:

كل من polypeptide و DNA أو mRNA لها ترتيب خطي لمكوناتها. علاوة على ذلك ، فإن تسلسل قواعد النوكليوتيد الثلاثي في ​​DNA أو mRNA يتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في polypeptide المصنعة تحت إشراف سابق. كما ينتج التغيير في تسلسل الكودون تغيرا مماثلا في تسلسل الحمض الأميني لعديد الببتيد.

12. Cistron-Polypeptide Parity:

يحدد جزء الحمض النووي المسمى cistron (= gene) تشكيل polypeptide معين. وهذا يعني أن النظام الجيني ينبغي أن يكون لديه عدد كبير من الجينات (= الجينات) لأنواع من polypeptides الموجودة في الكائن الحي.

استثناءات:

1. الكودونات المختلفة:

في Paramecium وبعض الكوديونات إنهاء ciliates أخرى UAA ورمز UGA للجلوتامين.

2. تداخل الجينات:

174 x 174 يحتوي على 5375 من النيوكليوتيدات التي ترمز إلى 10 بروتينات تتطلب أكثر من 6000 قاعدة. تتداخل ثلاثة من جيناته E و В وК مع جينات أخرى. ويرد تسلسل النيوكليوتيد في بداية الجين E في الجين D. وبالمثل يتداخل الجين مع الجينات A و C. توجد حالة مشابهة في SV-40.

3. جينات الميتوكوندريا:

AGG و AGA يرمزان إلى arginine ولكن يعملان كإشارات توقف في الميتوكوندريا البشرية. UGA ، كودون إنهاء ، يتوافق مع التريبتوفان في حين AUA (كودون ل isoleucine) يدل على ميثيونين في الميتوكوندريا البشرية.


موصى به

أربع خطوات مهمة لتطبيق التسويق من شخص إلى شخص
2019
حفظ الغابات: طرق مفيدة لحفظ الغابات
2019
أعلى 2 مصادر السلطة في المنظمة
2019