Od genetických informácií k produktovej biotechnológii - vzdelávací server v Hamburgu

Od genetických informácií po biotechnológiu produktu

Každý pozorný čitateľ si už dávno všimol jednu vec: čísla 4 (informačné prvky DNA) a 20 (stavebné prvky bielkovín) sa akosi nezhodujú. Ako je možné kódovať 20 aminokyselín so 4 informačnými jednotkami? Príroda našla jednoduché riešenie: spojila 3 informačné prvky - bázy - do jednej informačnej jednotky. To otvára 4³ = 4x4x4 = 64 rôznych možných kombinácií pre štyri informačné prvky A, C, G a T.

informácií

Jednotka informácie - alebo kódové slovo - zložená z troch báz je tiež známa ako kodón. Každý kodón je možné priradiť k jednej z 20 aminokyselín nachádzajúcich sa v proteínoch. H. niektoré z aminokyselín sú obsadené viac ako jedným kodónom. Takto je aminokyselina kyselina glutámová programovaná kodónmi GAA a GAG. Dešifrovanie „genetické kódy“, význam všetkých 64 kodónov bol dosiahnutý v roku 1960. Takže dnes môžeme rozumieť DNA organizmu, ak bol izolovaný a bola stanovená sekvencia báz: môžeme ju preložiť do proteínovej sekvencie. Zistilo sa, že nie všetky kodóny programujú aminokyseliny, ale niektoré znamenajú aj „interpunkčné znamienka“ v molekulárnom písaní: AUG signalizuje ako Spustiť kodón dokončiť začiatok bielkoviny, ktorá Stop alebo ukončovacie kodóny UAA, UGA a UAG syntéza proteínov.

Genetický kód platí univerzálne, či už pôdne baktérie, slony alebo ľudia, informácie pre syntézu špecifických proteínov sú zakódované vždy rovnakým spôsobom. Iba veľkosť genómu je iná. Genetická informácia prokaryotického organizmu, napr. Črevnej baktérie Escherichia coli, pozostáva iba z jednej dvojitej špirály DNA (bakteriálny chromozóm) uzavretej za vzniku kruhu. Genetický materiál vyšších organizmov je asi 1 000-krát rozsiahlejší ako genetický materiál baktérií. U ľudí sú to tri miliardy párov báz. Toto veľké množstvo DNA je preto distribuované v rôznych chromozómoch.

Aminokyseliny sú priradené k tripletom báz (kodóny mRNA; U zodpovedá T, pozri text). Zo 64 rôznych možností 61 kóduje dvadsať rôznych aminokyselín nachádzajúcich sa v proteínoch. To znamená, že aminokyselina môže byť kódovaná rôznymi tripletmi; toto sa tiež nazýva „degenerácia“ genetického kódu. Z dôvodu tejto degenerácie nie je možné jednoznačne odvodiť sekvenciu DNA z proteínovej sekvencie, existuje neistota v polohe tretej bázy príslušných kodónov.
Okrová, jantárová a opálna sú názvy troch zostávajúcich terminačných kodónov, ktoré nekódujú aminokyseliny. Štartovací kodón je vždy AUG a kóduje aminokyselinu metionín: Každý proteín začína metionínom, ale metionín v rámci aminokyselinového reťazca je tiež kódovaný AUG.

GENETICKÝ KÓDEX
Triplet kódové slovodôležitosťTriplet kódové slovodôležitosť
AAALysCAAGln
AACAsnCACJeho
AAGLysCAGGln
AAUAsnCAUJeho
ACAThrCCAZa
ACCThrCCCZa
ACGThrCCGZa
ACUThrCCUZa
AGAArgCGAArg
AGCSerCGCArg
AGGArgCGGArg
AGUSerCGUArg
AUAIleCUALeu
AUCIleCUCLeu
AUGMedovinaCUGLeu
AUUIleCUULeu
BankomatGluUAAokrová
GACAspUACTyr
GAGGluUAGjantárová
GAUAspUAUTyr
GCAAlaUCASer
GCCAlaUCCSer
GCGAlaUCGSer
GGAGlyUGAopál
GGCGlyUGCCys
GGGGlyUGGTrp
GGUGlyUGUCys
GUAValUUALeu
GUCValUUCPhe
GUGValUUGLeu
GUUValUUUPhe

Ribonukleové kyseliny pôsobia ako mediátory pri implementácii genetického kódu. Génová expresia prebieha v dvoch krokoch: V prvom kroku sa v jadre vytvorí kópia segmentu DNA (génu) vo forme mediátorovej RNA (mRNA). Tento prvý krok v génovej expresii je tiež známy ako prepis. Druhý krok Preklad, prebieha v cytoplazme potom, čo je mRNA exportovaná z jadra. Tu sa proteíny syntetizujú na ribozómoch podľa informácií o RNA (pozri nižšie).

Molekuly RNA majú veľmi podobnú štruktúru ako DNA. Existujú však dva rozdiely: molekula cukru, deoxyribóza, je v RNA cez ribózu a bázu Tymín (T) je cez základňu Uracil (U) nahradený. Chemicky povedané, uracil sa líši od tymínu tým, že mu chýba metylová skupina. To nemení informačný obsah, U mRNA zodpovedá T DNA. Avšak kvôli tomuto štrukturálnemu rozdielu môžu enzýmy rozlišovať medzi DNA a mRNA.