Geneettinen koodi

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
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.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.

Nukleotidit, emäkset, RNA , DNA, kodoni ja antikodoni[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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. 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[1], mutta aminohappojen alkuperäistä määrää ja ilmestymisjärjestystä ei tiedetä. Esimerkiksi kahden emäksen kodoniin perustuva koodi olisi käynnistänyt aminohappojen synteesin ja aiheuttanut koodin laajenemisen.[2][3] Ensimmäiset aminohapot olisivat saattaneet olla kemiallisesti stabiileimpia urasiilin ja guaniinin yhdistelmiä, jotka koodaavat proliinia, alaniinia, arginiinia ja lysiiniä[4][5].

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.[6]

Jenan kodonitaulukko[7]
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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. http://www.pnas.org/content/97/25/13690.full Testing a biosynthetic theory of the genetic code: Fact or artifact?, Terres A. Ronneberg, Laura F. Landweber and Stephen J. Freeland
  2. A new classification scheme of the genetic code http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/
  3. http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/evolution.html
  4. http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/ new classification scheme of the genetic code
  5. http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html New Classification Scheme of the Genetic Code is based on the purine-pyrimidine classification of the nucleotides
  6. http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html New Classification Scheme of the Genetic Code
  7. http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html New Classification Scheme of the Genetic Code