O código genético, expresso em códons, é um sistema de codificação de informações sobre a estrutura das proteínas, inerente a todos os organismos vivos do planeta. Sua decodificação levou uma década, mas o fato de existir, a ciência entendeu por quase um século. Universalidade, especificidade, unidirecionalidade e especialmente a degeneração do código genético são de grande importância biológica.
Histórico de descobertas
O problema da codificação da informação genética sempre foi fundamental na biologia. A ciência avançou muito lentamente em direção à estrutura matricial do código genético. Desde a descoberta por J. Watson e F. Crick em 1953 da estrutura helicoidal dupla do DNA, iniciou-se a etapa de desvendar a própria estrutura do código, o que incitou a fé na grandeza da natureza. A estrutura linear das proteínas e a mesma estrutura do DNA implicavam a presença de um código genético como correspondência de dois textos, mas escritos em alfabetos diferentes. E seo alfabeto das proteínas era conhecido, então os sinais do DNA tornaram-se objeto de estudo de biólogos, físicos e matemáticos.
Não faz sentido descrever todos os passos para resolver este enigma. Um experimento direto, que provou e confirmou que existe uma correspondência clara e consistente entre códons de DNA e aminoácidos de proteínas, foi realizado em 1964 por C. Janowski e S. Brenner. E então - o período de decifrar o código genético in vitro (in vitro) usando as técnicas de síntese de proteínas em estruturas livres de células.
O código de E. coli totalmente decifrado foi tornado público em 1966 em um simpósio de biólogos em Cold Spring Harbor (EUA). Então a redundância (degeneração) do código genético foi descoberta. O que isso significa foi explicado de forma bem simples.
A decodificação continua
A obtenção de dados sobre a decodificação do código hereditário tornou-se um dos eventos mais significativos do século passado. Hoje, a ciência continua a estudar em profundidade os mecanismos de codificações moleculares e suas características sistêmicas e uma superabundância de sinais, que expressa a propriedade da degeneração do código genético. Um ramo separado de estudo é o surgimento e evolução do sistema de codificação para material hereditário. A evidência da relação entre polinucleotídeos (DNA) e polipeptídeos (proteínas) deu impulso ao desenvolvimento da biologia molecular. E isso, por sua vez, à biotecnologia, bioengenharia, descobertas em seleção e produção de culturas.
Dogmas e regras
O principal dogma da biologia molecular - a informação é transferida do DNA para a informaçãoRNA, e depois dele para a proteína. Na direção oposta, a transmissão é possível de RNA para DNA e de RNA para outro RNA.
Mas a matriz ou base é sempre o DNA. E todas as outras características fundamentais da transmissão de informações são um reflexo dessa natureza matricial da transmissão. Ou seja, a transferência por síntese na matriz de outras moléculas, que se tornará a estrutura da reprodução da informação hereditária.
Código genético
A codificação linear da estrutura das moléculas de proteínas é realizada usando códons complementares (tripletos) de nucleotídeos, dos quais existem apenas 4 (adeína, guanina, citosina, timina (uracil)), o que leva espontaneamente à formação de outra cadeia de nucleotídeos. O mesmo número e complementaridade química de nucleotídeos é a principal condição para tal síntese. Mas durante a formação de uma molécula de proteína, não há correspondência entre a quantidade e a qualidade dos monômeros (os nucleotídeos de DNA são aminoácidos de proteínas). Este é o código hereditário natural - um sistema de registro na sequência de nucleotídeos (códons) a sequência de aminoácidos em uma proteína.
O código genético tem várias propriedades:
- Tripletidade.
- Singularidade.
- Orientação.
- Sem sobreposição.
- Redundância (degeneração) do código genético.
- Versatilidade.
Vamos fazer uma breve descrição, focando no significado biológico.
Tripletidade, continuidade e semáforos
Cada um dos 61 aminoácidos corresponde a um tripleto semântico (triplo) de nucleotídeos. Três trigêmeos não carregam informações sobre o aminoácido e são códons de parada. Cada nucleotídeo na cadeia é parte de um tripleto e não existe por conta própria. No final e no início da cadeia de nucleotídeos responsável por uma proteína, existem códons de parada. Eles iniciam ou param a tradução (a síntese de uma molécula de proteína).
Específico, sem sobreposição e unidirecional
Cada códon (tripleto) codifica apenas um aminoácido. Cada tripleto é independente do vizinho e não se sobrepõe. Um nucleotídeo pode ser incluído em apenas um tripleto na cadeia. A síntese de proteínas sempre ocorre em apenas uma direção, que é regulada por códons de parada.
Redundâncias do código genético
Cada tripleto de nucleotídeos codifica um aminoácido. São 64 nucleotídeos no total, dos quais 61 codificam aminoácidos (códons de sentido), e três não têm sentido, ou seja, não codificam um aminoácido (códons de parada). A redundância (degeneração) do código genético reside no fato de que em cada tripleto podem ser feitas substituições - radicais (levam à substituição de aminoácidos) e conservadoras (não alteram a classe de aminoácidos). É fácil calcular que se 9 substituições podem ser feitas em um tripleto (posições 1, 2 e 3), cada nucleotídeo pode ser substituído por 4 - 1=3 outras opções, então o número total de opções possíveis de substituição de nucleotídeos será 61 x 9=549.
A degeneração do código genético se manifesta no fato de que 549 variantes são muito mais do quenecessário para codificar informações sobre 21 aminoácidos. Ao mesmo tempo, das 549 variantes, 23 substituições levarão à formação de códons de parada, 134 + 230 substituições são conservativas e 162 substituições são radicais.
A regra da degeneração e exclusão
Se dois códons têm dois primeiros nucleotídeos idênticos, e os demais são nucleotídeos da mesma classe (purina ou pirimidina), então eles carregam informações sobre o mesmo aminoácido. Esta é a regra da degeneração ou redundância do código genético. Duas exceções - AUA e UGA - a primeira codifica a metionina, embora deva ser isoleucina, e a segunda é um códon de parada, embora deva codificar o triptofano.
O significado de degeneração e universalidade
São essas duas propriedades do código genético que têm o maior significado biológico. Todas as propriedades listadas acima são características da informação hereditária de todas as formas de organismos vivos em nosso planeta.
A degenerescência do código genético tem um valor adaptativo, como a duplicação múltipla do código de um aminoácido. Além disso, isso significa uma diminuição na significância (degeneração) do terceiro nucleotídeo no códon. Esta opção minimiza o dano mutacional no DNA, o que levará a graves violações na estrutura da proteína. Este é o mecanismo de defesa dos organismos vivos do planeta.
