Przeczytaj

bg‑azure

Czym jest kod genetyczny?

Kod genetyczny to sposób zapisu informacji genetycznej w kwasach nukleinowych (DNA lub RNA). Na podstawie informacji genetycznej syntetyzowane są wszystkie białka.

Odczytywanie informacji genetycznej przy syntezie białek nie odbywa się bezpośrednio na DNA. Sekwencje nukleotydowe DNA są najpierw kopiowane (przepisywane) na cząsteczki RNA w procesie nazywanym transkrypcjątranskrypcja genetycznatranskrypcją Powstała w ten sposób sekwencja mRNA jest tłumaczona, czyli ulega translacjitranslacja genetycznatranslacji na sekwencję aminokwasów w białkach.

Elementarną jednostką kodującą w tym procesie jest kodonkodonkodon, czyli sekwencja trzech nukleotydów (triplet) występująca w mRNA. Kolejność ułożenia trzech nukleotydów w kodonie wyznacza dany aminokwas w białku, a sekwencja kodonów — ułożenie następujących po sobie aminokwasów.

RLIyojK1svaNv

Na ilustracji znajduje się schemat kodu genetycznego. Przedstawia on okrąg podzielony na cztery równe części pionowo i poziomo, wzdłuż osi symetrii. W środku okręgu widnieje cyfra 5 z apostrofem, a na końcu każdej z osi symetrii cyfra 3 z apostrofem. Okrąg podzielony jest jeszcze na pierścienie opasujące go z zewnątrz. Jego środek jest podzielony na 4 części – poczynając od góry zgodnie z ruchem wskazówek zegara są na nich duże litery: U na zielonym tle, C na żółtym tle, A na różowym tle i G na niebieskim tle. Cały okrąg otacza pierścień - w każdej ćwiartce są cztery pola z dużymi literami: U na zielonym tle, C na żółtym tle, A na różowym tle i G na niebieskim tle. W kolejnym pierścieniu znajdują się pola z jeszcze dużymi literami, które rozciągają się nad każdym z pól wewnętrznego pierścienia: ponownie U na zielonym tle, C na żółtym tle, A na różowym tle i G na niebieskim tle. Najbardziej zewnętrzny pierścień przedstawia skróty oraz koło i trójkąt symbolizujące odpowiednio STOP i START. Poczynając od góry zgodnie z ruchem wskazówek zegara są to: nad literami U i C skrót Phe (F), nad literami A i G skrót Leu (L), nad literami U, C, A, G skrót Ser (S), nad literami U i C skrót Tyr (Y), nad literą A czarne koło, nad literą G czarne koło, nad literami U i C skrót Cys (C), nad literą A czarne koło, nad literą G skrót Trp (W), nad literami U, C, A, G skrót Leu (L), nad literami U, C, A, G skrót Pro (P), nad literami U, C skrót His (H), nad literami A, G skrót Gln (Q), nad literami U, C, A, G skrót Arg (R), nad literami U, C, A skrót Ile (I), nad literą G skrót Met (M) i czarny trójkąt, nad literami U, C, A, G skrót Thr (T), nad literami U, C skrót Asn (N), nad literami A, G skrót Lys (K), nad literami U, C skrót Ser (S), nad literami A, G skrót Agr (R), nad literami U, C, A, G skrót Val (V), nad literami U, C, A, G skrót Ala (A), nad literami U, C skrót Asp (D), nad literami A, G skrót Glu (E) oraz nad literami U, C, A, G skrót Gly (G). — Schemat kodu genetycznego. Kodony odczytuje się, zaczynając od jednej z czterech liter w środkowym pierścieniu, do której dołącza się po jednej literze z kolejnych pierścieni, np. kodonowi UGG w mRNA odpowiada tryptofan (Trp). Alaninę (Ala) kodują cztery kodony zaczynające się od GC i zawierające dowolny nukleotyd na trzeciej pozycji kodonu (A, C, G lub U). Kodon START jest sygnałem rozpoczęcia translacji – kodonem, do którego przyłączają się podjednostki rybosomu. Kodony STOP są sygnałem do odłączenia się rybosomów i zakończenia translacji. Podane kodony występują w RNA. Aby uzyskać ich postać typową dla nici kodującej w DNA, należy każdy U (uracyl) na tym schemacie zastąpić T (tyminą).
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

bg‑azure

Kodon

W DNA występują tylko cztery rodzaje nukleotydów różniące się rodzajem zasady azotowej (adenina, tymina, guanina lub cytozyna). Z czterech rodzajów nukleotydów mogą powstać 4Indeks górny 3–64 różne kodony. Określony aminokwas może być zakodowany przez kilka różnych kodonów. W kodzie genetycznym, oprócz kodonów odpowiadających poszczególnym aminokwasom, istnieją znaki sygnalizujące początek i koniec zapisu danego białka. Kodon START to trójka nukleotydów AUG kodująca metioninę, początkowy aminokwas we wszystkich białkach, a kodony STOP to UAG, UAA, UGA.

bg‑cyan

Historia odkrycia kodu genetycznego

R4ymYXvSsEbfT1

Oś czasu. 1902 Zdjęcie przedstawia portret Archibalda Garroda. Jest on przedstawiony z profilu. Jest to starszy mężczyzna. Posiada wąsy, a z boku i z tyłu głowy siwe włosy. Ubrany jest w koszulę z krawatem oraz w marynarkę. Jedną rękę opiera na stole, w dłoniach trzyma druciane okulary. Archibald Garrod Brytyjski lekarz. Postawił hipotezę, że białka, a konkretnie enzymy, są kodowane przez geny. 1954 Czarno-białe zdjęcie przedstawia George'a Gamowa. Jest to starszy mężczyzna z włosami zaczesanymi na bok. Ma on wąski nos, nosi okulary o okrągłych oprawkach. Ubrany jest od ciemny garnitur, białą koszulę i krawat. George Gamow Amerykański fizyk pochodzenia rosyjskiego. Współzałożył klub naukowy, "The RNA Tie Club” (czyli „Klub Krawatów RNA”), którego członkowie zastanawiali się nad sposobem zakodowania informacji o białkach w DNA. Gamow zaproponował, że grupa trzech nukleotydów w genie może kodować jeden aminokwas w białku. 1953 Najczęściej spotykane typy podwójnej helisy, od lewej: A, B i Z. Ilustracja przedstawia najczęściej spotykane typy helisy. Pierwsza od lewej to helisa A, która składa się z dwóch nici. Odległości od jej pierścieni są niewielkie, jest również dość krótka. Pod rzutem bocznym jest rzut od góry. Na zewnątrz helisy znajdują się żółte elementy, w środku z kolei niebieskie elementy. Środek helisy jest pusty. Środkowa helisa jest to helisa typu B. Jest ona dość długa, w środku znajdują się niebieskie elementy pomiędzy dwiema nićmi. Pod spodem znajduje się rzut górny - na zewnątrz widać żółte elementy, w środku elementy niebieskie, miejsca pomiędzy nimi są puste. Ostatnia helisa, po prawej to helisa Z. Jest ona najsmuklejsza ze wszystkich i najdłuższa. W przekroju bocznym widoczne są dwie żółte nici, pomiędzy nimi niebieskie elementy. W rzucie górnym w większości widać niebieskie elementy helisy. Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkins i Rosalind Franklin Ustalili budowę podwójnej helisy DNA. 1961 Na czarno-białym zdjęciu znajdują się Johannes Heinrich Matthaei i Marschall Nirenberg. Są to dwaj mężczyźni o ciemnych włosach. Jeden z nich jest w pozycji stojącej, oparty o blat w laboratorium bokiem do fotografa. Jest to wysoki mężczyzna o smukłej budowie. Ubrany jest w biały fartuch, pod którym ma koszulę i ciemny krawat. Wzrok ma skierowany na swojego współrozmówcę. Drugi mężczyzna siedzi na krześle obrotowym. Jest niższy od pierwszego. Ma on ciemne spodnie i biały fartuch, pod którym jest koszula i ciemny krawat. Posiada wąski nos, ciemne oczy, półokrągłe brwi oraz czarne włosy. Johannes Heinrich Matthaei i Marschall Nirenberg Prowadzili badania nad zależnościami pomiędzy RNA, DNA a białkami. Potwierdzili hipotezę Gamowa, że trzy nukleotydy niosą informację o jednym aminokwasie. Był to pierwszy etap rozszyfrowania kodu genetycznego. 1964 Robert W. Holley (pierwszy od lewej). Zdjęcie przedstawia sześcioro ludzi znajdujących się w laboratorium i trzymających w dłoniach długi, wąski kawałek papieru. To dwie kobiety i czterech mężczyzn. Niemal wszyscy są ubrani w białe fartuchy, tylko jeden mężczyzna jest ubrany w koszulę i krawat. Marschall Nirenberg, Har Gobind Khorana i Robert William Holley Prowadzili badania syntezy białek i kwasów nukleinowych. Wykazali 64 możliwe kombinacje nukleotydów, które odczytywane są wzdłuż nici DNA, co prowadzi do wytworzenia aminokwasów potrzebnych do budowy określonych białek. 1968 Zdjęcie przedstawia złoty medal, na którym widnieje lewy profil popiersia dojrzałego mężczyzny. Na medalu znajdują się napisy: Alfr. Nobel, NAT 1833 OB 1896. Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana i Robert William Holley Otrzymali nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za opisanie kodu genetycznego i jego roli w biosyntezie białek

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., https://wellcomeimages.org/indexplus/image/M0018311.html, dostępny w internecie: : https://www.colorado.edu/physics/events/outreach/george-gamow-memorial-lecture-series, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

Crick Francis

brytyjski biolog molekularny i neurofizyk; w 1958 r. wraz z Jamesem Watsonem zaproponowali model cząsteczki DNA o strukturze podwójnej helisy, za co w 1962 r. otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny

Franklin Rosalind

angielska biofizyczka, specjalistka w dziedzinie rentgenografii strukturalnej, wykonała dokładny rentgenogram cząsteczki DNA, który był punktem wyjścia do modelu podwójnej helisy zaproponowanego przez Cricka i Watsona, jednak nie została uwzględniona przez Komitet Noblowski – zmarła, zanim przyznano Nagrodę Nobla za odkrycie struktury DNA

Gamow George

rosyjsko‑amerykański fizyk teoretyczny i kosmolog; zaproponował, że trzy kolejne nukleotydy w DNA kodują jeden aminokwas; próbował rozszyfrować, w jaki sposób sekwencja czterech typów zasad azotowych w DNA i mRNA wpływa na sekwencje aminokwasów w peptydzie; jego założenia okazały się błędne, jednak przyczyniły się do opracowania późniejszych modeli degeneracji kodu genetycznego

Garrod Archibald

postać ważna w biologii molekularnej, pionier w dziedzinie dotyczącej wrodzonych błędów metabolicznych; odkrywca alkaptonurii, który opisał naturę recesywnego dziedziczenia większości defektów enzymów; rozszerzył swoje badania metaboliczne o cystynurię, pentozurię i albinizm – te trzy wrodzone błędy wraz z alkaptonurią są nazywane tetradą Garroda

Holley William Robert

amerykański biochemik; prowadził badania nad biosyntezą białek i kwasów nukleinowych; ustalił strukturę kwasu rybonukleinowego przenoszącego (tRNA); w 1968 otrzymał Nagrodę Nobla (wspólnie z M.W. Nirenbergiem i H.G. Khoraną) w dziedzinie fizjologii lub medycyny za wkład w wyjaśnienie kodu genetycznego i jego znaczenia w biosyntezie białka

Khorana Har Gobind

amerykański biolog molekularny; potwierdził odkrycie Nirenberga, że skład chemiczny i funkcja nowej komórki są określone przez sposób ułożenia nukleotydów w cząsteczce DNA; opracował metodę syntetyzowania łańcuchów deoksyrybonukleotydów o wyznaczonej z góry sekwencji i wprowadzał je do DNA bakterii, powodując tworzenie przez nią określonego białka; odtworzył syntetycznie wszystkie możliwe (64) triplety nukleotydowe

kodon

najkrótsza informacja genetyczna w postaci sekwencji nukleotydów na nici kodującej DNA, następnie przenoszona na mRNA, która wyznacza miejsce określonego aminokwasu w łańcuchu polipeptydowym; składa się z trzech sąsiadujących ze sobą nukleotydów noszących także nazwę tripletu kodującego; spośród 64 kodonów tworzonych przez 4 rodzaje nukleotydów (4Indeks górny 3 = 64), 61 koduje 20 aminokwasów występujących w białkach, a pozostałe 3 to kodony terminacyjne (kodony STOP): UGA, UAA i UGA, będące ostatnimi kodonami każdej sekwencji kodującej białko; termin wprowadzony w 1963 r. przez Francisa Cricka

Matthaei Heinrich Johannes

niemiecki biochemik, w maju 1961 r. rozwiązał kod genetyczny dzięki obserwacji, że sekwencja trzech uracyli w mRNA zawsze prowadzi do wstawienia fenyloalaniny w białku

Nirenberg Marshall Warren

amerykański biochemik i genetyk, w 1968 r. wraz z Khorana i Holley uhoronowany Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za złamanie kodu genetycznego i opisanie jego roli w syntezie białek

transkrypcja genetyczna

(łac. transcriptio – przepisywanie) proces syntezy RNA, podczas którego na matrycy DNA jest syntetyzowana komplementarna nić RNA; w zależności od rodzaju polimerazy w wyniku tego procesu mogą powstać różne rodzaje RNA: pre‑mRNA, snRNA, rRNA, tRNA

translacja genetyczna

(łac. translatio – przeniesienie) zachodzący na rybosomach drugi etap biosyntezy białka, podczas którego na podstawie informacji zapisanej w postaci nici mRNA syntetyzowany jest polipeptyd zgodnie z regułą kodu genetycznego – sekwencja aminokwasów w łańcuchu peptydowym odpowiada sekwencji nukleotydów w mRNA;

Watson James

amerykański biolog molekularny, genetyk i zoolog; współautor pracy opisującej model struktury podwójnej helisy cząsteczki DNA, za którą wraz z Crickiem i Wilkinsem otrzymał w 1962 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny

Wilkins Maurice

brytyjski biofizyk; prowadził badania rentgenograficzne nad DNA wraz z Franklin, których wyniki bez jej wiedzy przekazał Watsonowi oraz Crickowi, dzięki czemu opracowali oni model budowy cząsteczki DNA; wraz z Watsonem i Crickiem w 1962 r. otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny

Wprowadzenie

Audiobook

Czym jest kod genetyczny?

Kodon

Historia odkrycia kodu genetycznego

Słownik