El codi genètic, expressat en codons, és un sistema per codificar informació sobre l'estructura de les proteïnes, inherent a tots els organismes vius del planeta. La seva descodificació va trigar una dècada, però el fet que existeixi, la ciència ho va entendre durant gairebé un segle. La universalitat, l'especificitat, la unidireccionalitat i sobretot la degeneració del codi genètic són de gran importància biològica.
Historial de descobriments
El problema de la codificació de la informació genètica sempre ha estat clau en biologia. La ciència va avançar bastant lentament cap a l'estructura matricial del codi genètic. Des del descobriment per part de J. Watson i F. Crick l'any 1953 de la doble estructura helicoïdal de l'ADN, va començar l'etapa de desentranyar l'estructura mateixa del codi, fet que va impulsar la fe en la grandesa de la natura. L'estructura lineal de les proteïnes i la mateixa estructura de l'ADN implicaven la presència d'un codi genètic com a correspondència de dos textos, però escrits amb diferents alfabets. I sies coneixia l'alfabet de les proteïnes, després els signes de l'ADN es van convertir en objecte d'estudi per a biòlegs, físics i matemàtics.
No té sentit descriure tots els passos per resoldre aquest enigma. L'any 1964 C. Janowski i S. Brenner van fer un experiment directe, que va demostrar i confirmar que hi ha una correspondència clara i consistent entre els codons d'ADN i els aminoàcids proteics. I després - el període de desxifrar el codi genètic in vitro (in vitro) mitjançant les tècniques de síntesi de proteïnes en estructures lliures de cèl·lules.
El codi d'E. coli totalment desxifrat es va fer públic l'any 1966 en un simposi de biòlegs a Cold Spring Harbor (EUA). Aleshores es va descobrir la redundància (degeneració) del codi genètic. El que això significa s'ha explicat de manera molt senzilla.
La descodificació continua
L'obtenció de dades sobre la descodificació del codi hereditari s'ha convertit en un dels esdeveniments més significatius del segle passat. Avui dia, la ciència continua estudiant en profunditat els mecanismes de les codificacions moleculars i les seves característiques sistèmiques i una sobreabundància de signes, que expressa la propietat de la degeneració del codi genètic. Una branca d'estudi a part és l'aparició i l'evolució del sistema de codificació del material hereditari. L'evidència de la relació entre polinucleòtids (ADN) i polipèptids (proteïnes) va donar impuls al desenvolupament de la biologia molecular. I això, al seu torn, a la biotecnologia, la bioenginyeria, els descobriments en la selecció i la producció de cultius.
Dogmes i regles
El dogma principal de la biologia molecular: la informació es transfereix de l'ADN a la informacióARN, i després d'aquest a proteïnes. En sentit contrari, la transmissió és possible de l'ARN a l'ADN i de l'ARN a un altre ARN.
Però la matriu o la base sempre és l'ADN. I totes les altres característiques fonamentals de la transmissió d'informació són un reflex d'aquesta naturalesa matricial de la transmissió. És a dir, la transferència per síntesi a la matriu d' altres molècules, que esdevindrà l'estructura de la reproducció de la informació hereditària.
Codi genètic
La codificació lineal de l'estructura de les molècules de proteïnes es realitza mitjançant codons complementaris (triplets) de nucleòtids, dels quals només n'hi ha 4 (adeïna, guanina, citosina, timina (uracil)), la qual cosa condueix espontàniament a la formació d'una altra cadena de nucleòtids. El mateix nombre i complementarietat química de nucleòtids és la condició principal per a aquesta síntesi. Però durant la formació d'una molècula de proteïna, no hi ha correspondència entre la quantitat i la qualitat dels monòmers (els nucleòtids d'ADN són aminoàcids proteics). Aquest és el codi hereditari natural: un sistema d'enregistrament en la seqüència de nucleòtids (codons) la seqüència d'aminoàcids d'una proteïna.
El codi genètic té diverses propietats:
- Tripletat.
- Unicitat.
- Orientació.
- No se solapa.
- Redundància (degeneració) del codi genètic.
- Versatilitat.
Fem una breu descripció, centrant-nos en la importància biològica.
Tripletat, continuïtat i semàfors
Cada un dels 61 aminoàcids correspon a un triplet semàntic (triple) de nucleòtids. Tres triplets no porten informació sobre l'aminoàcid i són codons de parada. Cada nucleòtid de la cadena forma part d'un triplet i no existeix per si sol. Al final i a l'inici de la cadena de nucleòtids responsables d'una proteïna, hi ha codons stop. Comencen o aturen la traducció (la síntesi d'una molècula de proteïna).
Específic, no superposat i unidireccional
Cada codó (triplet) codifica només un aminoàcid. Cada triplet és independent del veí i no es solapa. Un nucleòtid només es pot incloure en un triplet de la cadena. La síntesi de proteïnes sempre va en una sola direcció, que està regulada per codons de parada.
Redundàncies del codi genètic
Cada triplet de nucleòtids codifica un aminoàcid. Hi ha 64 nucleòtids en total, dels quals 61 codifiquen aminoàcids (codons de sentit), i tres no tenen sentit, és a dir, no codifiquen cap aminoàcid (codons de parada). La redundància (degeneració) del codi genètic rau en el fet que en cada triplet es poden fer substitucions: radicals (que condueixen a la substitució d'aminoàcids) i conservadores (no canvien la classe d'aminoàcids). És fàcil calcular que si es poden fer 9 substitucions en un triplet (posicions 1, 2 i 3), cada nucleòtid es pot substituir per 4 - 1=3 altres opcions, aleshores el nombre total de possibles opcions de substitució de nucleòtids serà de 61 x 9=549.
La degeneració del codi genètic es manifesta en el fet que 549 variants són molt més quenecessari per codificar informació sobre 21 aminoàcids. Al mateix temps, de les 549 variants, 23 substitucions donaran lloc a la formació de codons stop, 134 + 230 substitucions són conservadores i 162 substitucions són radicals.
La regla de la degeneració i l'exclusió
Si dos codons tenen dos primers nucleòtids idèntics i la resta són nucleòtids de la mateixa classe (purina o pirimidina), llavors porten informació sobre el mateix aminoàcid. Aquesta és la regla de la degeneració o redundància del codi genètic. Dues excepcions - AUA i UGA - la primera codifica la metionina, tot i que hauria de ser isoleucina, i la segona és un codó de parada, tot i que hauria de codificar triptòfan.
El significat de la degeneració i la universalitat
Són aquestes dues propietats del codi genètic les que tenen una importància biològica més gran. Totes les propietats enumerades anteriorment són característiques de la informació hereditària de totes les formes d'organismes vius del nostre planeta.
La degeneració del codi genètic té un valor adaptatiu, com la duplicació múltiple del codi d'un aminoàcid. A més, això significa una disminució de la significació (degeneració) del tercer nucleòtid del codó. Aquesta opció minimitza els danys mutacionals en l'ADN, la qual cosa comportarà violacions greus en l'estructura de la proteïna. Aquest és el mecanisme de defensa dels organismes vius del planeta.
