Charakteristik und Ausnahmen des genetischen Codes - diskutiert!

Charakteristik und Ausnahmen des genetischen Codes!

Zwischen Genen und der Synthese von Polypeptiden oder Enzymen besteht ein enger Zusammenhang. Gene bestehen aus Nucleotiden, die auf bestimmte Weise angeordnet sind. In der modernen Terminologie bezieht sich ein Gen auf ein Cistron von DNA. Ein Cistron besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden.

Die Anordnung von Nukleotiden oder ihrer Stickstoffbasen hängt mit der Proteinsynthese zusammen, indem der Einbau von Aminosäuren in sie beeinflusst wird. Die Beziehung zwischen der Aminosäuresequenz in einem Polypeptid und der Nukleotidsequenz von DNA oder mRNA wird als genetischer Code bezeichnet.

DNA enthält nur vier Arten von Stickstoffbasen oder Nukleotiden, während die Anzahl der Aminosäuren 20 beträgt. Es wurde daher die Hypothese aufgestellt, dass der Triplett-Code (bestehend aus drei benachbarten Basen für eine Aminosäure) wirksam ist. Die verschiedenen Untersuchungen, die dazu beigetragen haben, den genetischen Code des Tripletts zu entschlüsseln, sind folgende.

1. Crick et al. (1961) beobachteten, dass die Deletion oder Addition von ein oder zwei Basenpaaren in der DNA von T ₄ -Bakteriophagen die normale DNA-Funktion störte. Wenn jedoch drei Basenpaare hinzugefügt oder gelöscht wurden, war die Störung minimal.

2. Nirenberg und Mathaei (1961) argumentierten, dass ein einzelner Code (eine durch eine Stickstoffbase spezifizierte Aminosäure) nur 4 Säuren (4 ¹ ) angeben kann, ein Dublett-Code nur 16 (4 ² ), während ein Triplett-Code bis zu 64 angeben kann Aminosäuren (4 ³ ). Da es 20 Aminosäuren gibt, kann ein Triplett-Code (drei Stickstoffbasen für eine Aminosäure) wirksam sein.

3. Nirenberg (1961) stellte Polymere der vier Nukleotide UUUUUU… (Polyuridylsäure), … (Polycytidylsäure), AAAAAAA… (Polyadenylsäure) und GGGGGGG… (Polyguanylsäure) her. Er beobachtete, dass Poly-U die Bildung von Polyphenylalanin, Poly-C von Polyprolin, stimulierte, während Poly-A zur Bildung von Polylysin beitrug. Poly-G funktionierte jedoch nicht (es bildete eine dreisträngige Struktur, die bei der Translation nicht funktioniert). Später wurde gefunden, dass GGG für Aminosäure Glycin kodiert.

Tabelle. Zuordnung von mRNA-Codons zu Aminosäuren.

4. Khorana (1964) synthetisierte Copolymere von Nucleotiden wie UGUGUGUGUGUG und beobachtete, dass sie die Bildung von Polypeptiden stimulierten, die alternativ ähnliche Aminosäuren wie Cysteinvalin-Cystein aufweisen. Dies ist nur möglich, wenn drei benachbarte Nukleotide eine Aminosäure (z. B. UGU) und drei andere die zweite Aminosäure (z. B. GUG) angeben.

GUG UGU GUG UGU GUG

Val - Cys - Val - Cys - Val

5. Die Triplett-Codons wurden durch In-vivo-Codon-Zuordnung durch (i) Aminosäureaustauschstudien (ii) Frame-Shift-Mutationen bestätigt.

6. Langsam wurden alle Codons herausgearbeitet, einige Aminosäuren werden durch mehr als ein Codon spezifiziert. Die Codesprachen von DNA und mRNA sind komplementär. Somit sind die beiden Codons für Phenylalanin UUU und UUC im Fall von mRNA, während sie AAA und A AG für DNA sind.

Eigenschaften:

1. Triplet-Code:

Drei benachbarte Stickstoffbasen bilden ein Codon, das die Platzierung einer Aminosäure in einem Polypeptid angibt.

2. Startsignal:

Die Polypeptidsynthese wird durch zwei Startcodons signalisiert - AUG oder Methionin-Codon und GUG oder Valin-Codon.

3. Stoppsignal:

Die Terminierung der Polypeptidkette wird durch die drei Terminationscodons UAA (Ocker), UAG (Amber) und UGA (Opal) signalisiert. Sie spezifizieren keine Aminosäure und werden daher auch als Nonsense-Codons bezeichnet.

4. Universal Code:

Der genetische Code ist universell anwendbar, dh ein Codon spezifiziert dieselbe Aminosäure von einem Virus für einen Baum oder einen Menschen. So produziert mRNA aus Eilichia coli eingeführtem Eukalyptikum Eiweiß im Bakterium, das dem in Küken gebildeten ähnlich ist.

5. Nicht eindeutige Codons:

Ein Codon spezifiziert nur eine Aminosäure und keine andere.

6. Verwandte Codons:

Aminosäuren mit ähnlichen Eigenschaften haben verwandte Kodons, z. B. aromatische Aminosäuren Tryptophan (UGG), Phenylalanin (UUC, UUU), Tyrosin (UAC, UAU).

7. Commaless:

Der genetische Code ist kontinuierlich und besitzt keine Pausen nach den Drillingen. Wenn ein Nukleotid gelöscht oder hinzugefügt wird, wird der gesamte genetische Code unterschiedlich gelesen. Somit soll ein Polypeptid mit 50 Aminosäuren durch eine lineare Sequenz von 150 Nukleotiden angegeben werden. Wenn ein Nukleotid in der Mitte dieser Sequenz hinzugefügt oder entfernt wird, sind die ersten 25 Aminosäuren des Polypeptids gleich, die nächsten 25 Aminosäuren sind jedoch sehr unterschiedlich.

8. Nicht überlappender Code:

Eine Stickstoffbase ist Bestandteil nur eines Codons.

9. Entartung des Codes:

Da es 64 Triplett-Codons und nur 20 Aminosäuren gibt, muss der Einbau einiger Aminosäuren von mehr als einem Codon beeinflusst werden. Nur Tryptophan (UGG) und Methionin (AUG) werden von einzelnen Codons angegeben.

Alle anderen Aminosäuren werden durch 2-6 Codons spezifiziert. Letztere werden entartete Codons genannt. In degenerierten Codons sind die ersten beiden Stickstoffbasen ähnlich, während sich die dritte unterscheidet. Da die dritte Stickstoffbase keinen Einfluss auf die Codierung hat, wird dies als Wobble-Position bezeichnet.

10. Colinearität:

Sowohl Polypeptid als auch DNA oder mRNA weisen eine lineare Anordnung ihrer Komponenten auf. Ferner entspricht die Sequenz von Triplett-Nukleotidbasen in DNA oder mRNA der Sequenz von Aminosäuren in dem Polypeptid, das unter der Anleitung des ersteren hergestellt wird. Eine Änderung der Codonsequenz erzeugt auch eine ähnliche Änderung in der Aminosäuresequenz des Polypeptids.

11. Cistron-Polypeptid-Parität:

Ein Teil der DNA, der als Cistron (= Gen) bezeichnet wird, gibt die Bildung eines bestimmten Polypeptids an. Das genetische System sollte so viele Cistrons (= Gene) wie die in den Organismen vorkommenden Arten von Polypeptiden enthalten.

Ausnahmen:

1. Verschiedene Codons:

In Paramecium und einigen anderen Ciliaten codieren die UAA und UGA-Terminationscodons für Glutamin.

2. Überlappende Gene:

x74 hat 5375 Nukleotide, die für 10 Proteine ​​kodieren, die mehr als 6000 Basen benötigen. Drei seiner Gene E, B und K überlappen andere Gene. Die Nukleotidsequenz am Anfang des E-Gens ist im Gen D enthalten. Genauso überlagert sich das Gen K mit den Genen A und CA-ähnlichen Zuständen in SV-40.

3. Mitochondriale Gene:

AGG- und AGA-Code für Arginin funktionieren jedoch als Stoppsignale in der menschlichen Mitochondrion. UGA, ein Terminationscodon, entspricht Tryptophan, während AUA (Codon für Isoleucin) Methionin in menschlichen Mitochondrien bezeichnet.