Kod genetyczny

1. Sposób zapisu informacji genetycznej

Cechy organizmu zależą od rodzajów jego białek. Informacja o kolejności aminokwasów w białku jest zakodowana w sekwencji nukleotydówsekwencja nukleotydówsekwencji nukleotydów DNA. Zapisana w DNA informacja genetycznainformacja genetycznainformacja genetyczna mówi zatem pośrednio o cechach organizmu.

Cząsteczka kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) zbudowana jest z miliardów par nukleotydów. Kolejność, czyli sekwencja nukleotydów, nie jest przypadkowa. Stanowi ona specyficzny szyfr. Alfabet tego szyfru składa się zaledwie z czterech liter, oznaczających cztery zasady azotowe, które budują cztery rodzaje nukleotydów:

• adeninowy (zawierający adeninę, oznaczany literą A),

• tyminowy (zawierający tyminę, oznaczany literą T),

• cytozynowy (zawierający cytozynę, oznaczany literą C),

• guaninowy (zawierający guaninę, oznaczany literą G).

Sposób zapisu informacji genetycznej w materiale genetycznym (w DNA) nosi nazwę kodu genetycznegokod genetycznykodu genetycznego. Kod genetyczny jest stały i niezmienny, w przeciwieństwie do informacji genetycznej, która może ulegać zmianom (np. w wyniku mutacji czy na skutek inżynierii genetycznejinżynieria genetycznainżynierii genetycznej). Niepowtarzalna informacja genetyczna, czyli dane na temat kolejności aminokwasów w białkach, jest zapisana w każdej komórce organizmu.

2. Wytwarzanie białek w komórce

W DNA człowieka znajduje się przeszło 20 tys. genów odpowiedzialnych za wytworzenie białek, które:

• budują struktury organizmu,

• są enzymami umożliwiającymi przebieg różnych reakcji chemicznych w komórkach,

• są hormonami regulującymi pracę tkanek i narządów oraz odpowiadających za wzrost i rozwój.

Podstawowym elementem budującym białka są aminokwasy. Każde białko charakteryzuje się określoną liczbą aminokwasów i kolejnością ich ułożenia. Od składu aminokwasowego zależy funkcja białka w organizmie.

Rodzaj i kolejność aminokwasów są wyznaczane przez sekwencję nukleotydów w DNA, na podstawie którego syntetyzowana jest nić RNARNARNA. Synteza RNA odbywa się na zasadzie komplementarnościzasada komplementarności zasad azotowychzasadzie komplementarności: cytozyna (C) jest komplementarna do guaniny (G), a adenina (A) do uracylu (U). Następnie na podstawie RNA syntetyzowane jest białko.

3. Tabela kodu genetycznego

Nukleotydy odczytywane są trójkami. Jedna trójka nukleotydów odpowiada jednemu aminokwasowi. Trójka nukleotydów nazywana jest kodonemkodonkodonem.

W RNA występują cztery rodzaje nukleotydów, które różnią się od siebie rodzajem zasady azotowej (adenina, uracyl, guanina lub cytozyna). Z czterech rodzajów nukleotydów może powstać 64 różnych kodonów, ponieważ każdy aminokwas kodują trzy nukleotydy (zatem 4Indeks górny 3³ daje 64). 61 to kodony kodujące 20 aminokwasów występujących w białkach. Jeden z tych kodonów, AUG, wyznacza aminokwas o nazwie metionina, od którego rozpoczyna się synteza każdego białka. Jest więc tzw. kodonem START. Trzy pozostałe kodony to tzw. kodony STOP: UAA, UAG i UGA, które nie odpowiadają żadnemu aminokwasowi. Ich obecność jest sygnałem do zakończenia produkcji białka. Taki sygnał w postaci kodonu jest niezbędny, ponieważ kod genetyczny nie zawiera żadnych przerw ani znaków oddzielających. Gdyby kodony STOP nie istniały, synteza białek mogłaby trwać w nieskończoność. Pomiędzy kodonem START a kodonem STOP znajdują się liczne kodony, których określona kolejność odpowiada kolejności aminokwasów w danym białku.

Kod genetyczny został rozszyfrowany przez amerykańskich naukowców Marshalla Warrena Nirenberga [wym. Marszala Łarena Nirenberga], Roberta Williama Holleya [wym. Roberta Łiliama Holeja] i Hara Gobinda Khoranę. Umożliwiło to stworzenie tabeli kodu genetycznego, dzięki której możliwe jest odczytanie sekwencji białka powstającego na podstawie RNA.

4. Uniwersalność kodu genetycznego

Kod genetyczny jest uniwersalny (powszechny), czyli niemal taki sam u wszystkich organizmów oraz wirusów, z nielicznymi wyjątkami. Oznacza to, że u większości organizmów i wirusów kodony kodują te same aminokwasy.

Odstępstwa od reguły uniwersalności kodu genetycznego dotyczą m.in. syntezy aminokwasów w mitochondriachmitochondriummitochondriach. Na przykład kodony AGA i AGG kodują w jądrze komórkowym argininę, a w mitochondriach są kodonami STOP, zaś kodon UGA jest w jądrze komórkowym kodonem STOP, a w mitochondriach koduje tryptofan.

Dla zainteresowanych

Wykorzystując uniwersalność kodu genetycznego, można wstawić do DNA bakterii m.in. ludzki gen insuliny i zapoczątkować w ten sposób wytwarzanie tego białka przez bakterie w identycznej postaci, w jakiej występuje ono w organizmie człowieka. Insulina jest hormonem obniżającym stężenie glukozy we krwi, u chorych na cukrzycę typu 1 występującym w niewystarczającej ilości. Modyfikowane w podobny sposób mikroorganizmy wykorzystuje się także do produkcji innych potrzebnych białek, np. hormonu wzrostu i czynników krzepliwości krwi.

Organizmy, których materiał genetyczny został zmieniony w wyniku wprowadzenia do niego obcego DNA, nazywamy organizmami modyfikowanymi genetycznie. Często używa się skrótu angielskiej nazwy GMOGMOGMO.

RJO7TDh7eOLdG

Fotografia przedstawia wnętrze zakładu produkującego insulinę przy pomocy bakterii. W dużym pomieszczeniu stoją olbrzymie metalowe kadzie, w których hoduje się odpowiednio zmodyfikowane mikroorganizmy. Przy kadziach stoją ludzie w białych kombinezonach, ochraniaczach na buty, rękawiczkach i maseczkach.

Podsumowanie

• Kod genetyczny to sposób zapisu informacji genetycznej za pomocą sekwencji nukleotydów w cząsteczce RNA.

• Kod genetyczny jest stały i niezmienny, natomiast informacja genetyczna, czyli dane na temat kolejności aminokwasów w białkach, zakodowane w sekwencji nukleotydów DNA, może ulegać zmianom np. pod wpływem mutacji.

• Jeden aminokwas kodowany jest przez trójkę nukleotydów w sekwencji RNA zwaną kodonem.

• Kolejność kodonów wyznacza kolejność aminokwasów w białku.

• Kod genetyczny jest uniwersalny. Informacja genetyczna jest zapisana u niemal wszystkich organizmów i wirusów w taki sam sposób.

• Na podstawie sekwencji DNA syntezowane jest RNA, które zawiera informacje o kolejności aminokwasów w białku.

Praca domowa

Słownik

Zadania