Geneettinen koodi

Proteiinisynteesi tapahtuu geneettisen koodin mukaan.

Geneettinen koodi ilmoittaa, mitkä kolmen emäsparin jonot eli kodonit DNA- tai RNA-molekyylissä vastaavat proteiinisynteesissä mitäkin aminohappoa.

Solun geenit ovat nukleotideista koostuvia DNA-säikeitä. Kun proteiinia valmistetaan, geenin DNA kopioidaan lähetti-RNA:ksi, jonka mukaan proteiini tuotetaan.

Emäksiä on neljää erilaista. DNA:ssa ne ovat adeniini A, tymiini T, sytosiini C tai guaniini G. Lähetti-RNA:ssa on tymiinin paikalla urasiili U.

DNA:ssa tai RNA:ssa oleva kodoni eli kolmen emäksen jono vastaa aina yhtä aminohappoa tai ohjausmerkkiä.

Esimerkiksi metioniinia vastaa RNA:ssa kodoni adeniini-urasiili-guaniini, joka merkitään lyhyemmin AUG.

Näin ollen kodonissa voi olla kolme eri emästä, mutta neljää eri tyyppiä.

Kolmesta neljäntyyppisestä emäksestä voidaan muodostaa 4³ eli 64 erilaista kolmen emäksen jonoa. Koska aminohappoja on vain 20, montaa aminohappoa vastaa useita eri emäsyhdistelmiä eli kodonia.

Koodin selvittäminen alkoi vuonna 1961, kun Marshall Nirenberg ja Heinrich J. Matthaei totesivat, että kolmen urasiilin yhdistelmä vastaa fenyylialaniinia. Koodin kokonaisuudessaan sai selvitetyksi Har Gobind Khorana 1960-luvun lopulla.

Lähetti-RNA:n (mRNA) kodonien merkitys on kuvattu alempana olevissa taulukoissa. Lähes kaikkien organismien proteiinisynteesi noudattaa tätä nk. standardia geneettistä koodia, mutta siitä on olemassa myös jotain harvinaisia poikkeuksia.

Nukleotidit, emäkset, RNA , DNA, kodoni ja antikodoni

Guaniini G sopii sytosiiniin C. Näin ollen esimerkiksi CCC on kodonin GGG antikodoni.

Nukleotidiksi sanotaan emästä, jossa on mukana runko-osat fosforihappo ja sokeriosa, joka on DNA:ssa deoksiriboosi ja RNA:ssa riboosi. DNA:n ja RNA:n emäsparit sopivat toisiinsa kuin palapelin palat.

Emäksistä kaksi on suuria puriineja, kaksi pieniä pyrimidiinejä. Kahdessa emäksessä on 2 vetysiltaa, kahdessa 3. Näin ollen adeniini on suuri puriini, joka kytkeytyy kahdella vetysillalla pieneen tymiiniin, joka on kaksivetysiltainen pyrimidiini. RNA:ssa on tymiinin paikalla sitä jossain määrin muistuttava urasiili. Guaniini on iso puriini, jossa ja kolme vetysillan paikkaa, jotka sopivat pieneen sytosiiniin.

Näin ollen DNA:ssa A sopii T:hen, ja G C:hen. Nämä menevät tietenkin päinvastoin, T sopii A:han ja C G:hen. Kun DNA:ta käännetään RNA:ksi, DNA:n A kääntyy U:ski, T A:ksi, C G:ksi ja G C:ksi.

Koska valkuaisaineen valmistus on monivaiheinen tapahtumasarja, tiettyä aminohappoa vastaava geneettinen koodi vaihtelee tilanteen mukaan. Koska DNA on kaksijuosteinen, siinä esiintyy sekä aminohapon kodoni että sen peilikuva, antikodoni.

Näin ollen samalla aminohapolla on aina monta kodonia ja antikodonia.

Metioniinia vastaa DNA:ssa koodi TAC ja myös DNA.n toisessa säikeessä oleva antikodoni ATG. TAC kääntyy RNA:ssa muotoon AUG. Niin sanotussa siirtäjä-RNA:ssa esiintyy vielä AUG:n antikodoni UAC.

RNA-kooditaulukko

Geneettisen koodin taulukko. Esimerkiksi emäskolmikko UUU vastaa fenyylialaniinia, jota merkitään lyhenteillä Phe tai F. Fenyylialaniinia vastaa myös kodoni UUC. Koska fenyylialaniini on pooliton aminohappo, se on merkitty taulukkoon keltaisella.

Taulukko sisältää lähetti-RNA:n 64 kodonia ja niiden koodaamat aminohapot. Koodin suunta on 5' → 3'.

		2. emäs
		U	C	A	G
1. emäs	U	UUU (Phe/F) Fenyylialaniini UUC (Phe/F) Fenyylialaniini	UCU (Ser/S) Seriini UCC (Ser/S) Seriini	UAU (Tyr/Y) Tyrosiini UAC (Tyr/Y) Tyrosiini	UGU (Cys/C) Kysteiini UGC (Cys/C) Kysteiini
		UUA (Leu/L) Leusiini	UCA (Ser/S) Seriini	UAA Okra (Stop)	UGA Opaali (Stop)
		UUG (Leu/L) Leusiini	UCG (Ser/S) Seriini	UAG Meripihka (Stop)	UGG (Trp/W) Tryptofaani
	C	CUU (Leu/L) Leusiini CUC (Leu/L) Leusiini	CCU (Pro/P) Proliini CCC (Pro/P) Proliini	CAU (His/H) Histidiini CAC (His/H) Histidiini	CGU (Arg/R) Arginiini CGC (Arg/R) Arginiini
		CUA (Leu/L) Leusiini CUG (Leu/L) Leusiini	CCA (Pro/P) Proliiini CCG (Pro/P) Proliini	CAA (Gln/Q) Glutamiini CAG (Gln/Q) Glutamiini	CGA (Arg/R) Arginiini CGG (Arg/R) Arginiini
	A	AUU (Ile/I) Isoleusiini AUC (Ile/I) Isoleusiini	ACU (Thr/T) Threoniini ACC (Thr/T) Threoniini	AAU (Asn/N) Asparagiini AAC (Asn/N) Asparagiini	AGU (Ser/S) Seriini AGC (Ser/S) Seriini
		AUA (Ile/I) Isoleusiini	ACA (Thr/T) Threoniini	AAA (Lys/K) Lysiini	AGA (Arg/R) Arginiini
		AUG (Met/M) Metioniini, Alku	ACG (Thr/T) Threoniini	AAG (Lys/K) Lysiini	AGG (Arg/R) Arginiini
	G	GUU (Val/V) Valiini GUC (Val/V) Valiini	GCU (Ala/A) Alaniini GCC (Ala/A) Alaniini	GAU (Asp/D) Asparagiinihappo GAC (Asp/D) Asparagiinihappo	GGU (Gly/G) Glysiini GGC (Gly/G) Glysiini
		GUA (Val/V) Valiini GUG (Val/V) Valiini	GCA (Ala/A) Alaniini GCG (Ala/A) Alaniini	GAA (Glu/E) Glutamiinihappo GAG (Glu/E) Glutamiinihappo	GGA (Gly/G) Glysiini GGG (Gly/G) Glysiini

Värit tarkoittavat aminohappojen tyyppejä

pooliton

polaarinen

emäksinen

hapan

AUG-kodoni koodaa sekä metioniinia, että toimii translaation aloituskohtana: proteiinisynteesi alkaa mRNA:n ensimmäisestä AUG-kodonista.

Käänteinen taulukko

Taulukossa on esitettynä 20 proteiineissa käytettyä aminohappoa sekä niitä koodaavat kodonit. Metioniinia koodaa vain yksi kodoni AUG, mutta joitain aminohappoja 5–6 erilaista kodonia. Taulukossa on lihavoitu saman aminohapon eri kodoneissa toistuvat emäkset.

Ala/A	GCU, GCC, GCA, GCG	Leu/L	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys/K	AAA, AAG
Asn/N	AAU, AAC	Met/M	AUG
Asp/D	GAU, GAC	Phe/F	UUU, UUC
Cys/C	UGU, UGC	Pro/P	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q	CAA, CAG	Ser/S	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu/E	GAA, GAG	Thr/T	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp/W	UGG
His/H	CAU, CAC	Tyr/Y	UAU, UAC
Ile/I	AUU, AUC, AUA	Val/V	GUU, GUC, GUA, GUG
START	AUG	STOP	UAG, UGA, UAA

Geneettisen koodin synty

Geneettinen koodi.

Geneettisen koodin alkuperää ja historiaa ei tunneta, mutta tutkijoilla on silti joitain arvailuja geneettisen koodin historiasta. Monet biokemistit uskovat, että geneettisessä koodissa olisi ollut alkujaan vähemmän aminohappoja, mutta aminohappojen alkuperäistä määrää ja ilmestymisjärjestystä ei tiedetä. Esimerkiksi kahden emäksen kodoniin perustuva koodi olisi käynnistänyt aminohappojen synteesin ja aiheuttanut koodin laajenemisen. Ensimmäiset aminohapot olisivat saattaneet olla kemiallisesti stabiileimpia urasiilin ja guaniinin yhdistelmiä, jotka koodaavat proliinia, alaniinia, arginiinia ja lysiiniä.

Tiedetään, että aminohapot joita valmistetaan soluissa samankaltaisia valmistusketjuja pitkin, omaavat samantyyppisen kodonin. Lyhyillä RNA-pätkillä, aptameereilla ja oligonukleotideilla tehdyt tutkimukset viivaavat siihen, että tietyn tyyppiset lyhyet RNA:t reagoivat herkemmin tietyn tyyppisten aminohappojen kanssa. Näin ollen siirtäjä-RNA:ita olisivat edeltäneet lyhyet, toisenlaiset RNA-ketjut ennen siirtäjä-RNA:ta tuottavien entsyymien syntyä. Luonnonvalinta olisi minimoinut geneettisen koodin pituuden kolmeen suojaksi mutaatioita vastaan.^lähde?

Jenan yliopistossa laadittu geneettisen koodin taulukko, joka perustuu emästen kemiallisiin ominaisuuksiin.

Jenan kodonitaulukko

	Sidoksia
x	6 vahva	5 seka	5 seka	3 heikko
000	Pro CC (C/U)	Ser UC (C/U)	Leu CU (C/U)	Phe UU (C/U)
001	Pro CC (A/G)	Ser UC (A/G)	Leu CU (A/G)	Leu UU (A/G)
100	Ala GC (C/U)	Thr AC (C/U)	Val GU (C/U)	Ile AU (C/U)
101	Ala GC (A/G)	Thr AC (A/G)	Val GU (A/G)	Ile/Met AU (A/G)
010	Arg CG (C/U)	Cys UG (C/U)	His CA (C/U)	Tyr UA (C/U)
011	Arg CG (A/G)	Stop/Trp UG (A/G)	Gln CA (A/G)	Stop UA (A/G)
110	Gly GG (C/U)	Ser AG (C/U)	Asp GA (C/U)	Asn AA (C/U)
111	Gly GG (A/G)	Arg AG (A/G)	Glu GA (A/G)	Lys AA (A/G)

Keltaisella alueella geneettisen koodin kolmas kodoni ei vaikuta aminohappoon. Näin ollen esimerkiksi proliinia Pro koodaavat RNA:ssa emäsydistelmät CCC, CCU, CCA ja CCG. Tässä puriinit A, G on merkitty kodonitunnuksella 1, ja pyrimidiinit tunnuksella 0. Emäkset G ja A sitoutuvat kolmella vetysillala, emäkset C ja U kahdella vetysillalla. Näin esimerkiksi emäspari UU sitoutuu heikosti neljällä vetysillalla, ja emäspari CC vahvasti kuudelle vetysillalla.

Katso myös

• Proteinogeeniset aminohapot

Lähteet

Perinnöllisyystiede