KOD GENETYCZNY

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

Marshall Warren Nirenberg (po prawej) oraz Johann Heinrich Matthaei

podczas projektowaniaeksperymentów translacji in vitro w celu rozwikłania

kodu genetycznego. Zdjęcie zrobiono w roku 1962 w the National Institutes

of Health w Bethesda w Maryland (udostępnione przezthe National

Institutes of Health, USA)

Kopia strony z zeszytu laboratoryjnego Heinricha Matthaei’sa z opisem warunków eksperymentu

z poli(U) wykonanego 27 maja 1961 roku o 3 rano w the National Institutes of Health

w Washington DC Eksperyment prowadził do wniosku, że sekwencja UUU koduje fenyloalaninę

podczas syntezy białka na rybosomie (udostępnione przez Heinrich Matthaei, Göttingen)

Rozszyfrowanie kodu genetycznego: syntetyczny RNA

może służyć jako mRNA

Synteza

białka

w

systemie

bezkomórkowym zatrzymuje się w

ciągu kilku minut po podaniu

deoksyrybonukleazy

i

zostaje

wznowiona po dodaniu mRNA

Działanie fosforylazy polinukleotydowej:

(RNA)n + difosforan rybonukleozydu ↔ (RNA)n+1 + Pi

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

- zastosowanie ekstraktu

komórkowego z E. coli o

aktywności translacyjnej

- zestaw wszystkich 20

aminokwasów

- do ekstraktu dodawano

syntetyczne mRNA

(homopolimery)

Doświdczenie Nirenberga i Matthaei , 1961 r.

Syntetyczne mRNA

zawierają dwa lub trzy

nukleotydy np. A i C

Kodony:

AAA

, AAC, ACC,

ACA, CAA, CCA, CAC,

CCC

asparagina, glutamina,

histydyna,

lizyna

,

prolina

,

treonina

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

- zastosowanie krótkich mRNA (długości 3 nt)

-tRNA naładowane odpowiednim

aminokwasem

- oczyszczone rybosomy

Doświdczenie W. Nirenberga i P. Ledera , 1964 r.

Trinukleotydy pobudzają wiązanie

specyficznych tRNA przez rybosomy

Doświdczenie W. Nirenberga i P. Ledera , 1964 r.

aminokwas wyznakowany

radioaktywnie

trinukleotyd (mRNA)

sączek

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

Założenia:

- rybosomy są zbyt duże by przechodzić przez pory w

sączku nitrocelulozowym

- do kompleksu mRNA-rybosom będzie się wiązać

tylko specyficzne tRNA naładowane aminokwasem

- niezwiązane tRNA, będą przechodzić przez pory w

sączku

- badano, która mieszanina tRNA związanych z

radioaktywnie wyznakowanym aminokwasem

osadzi się na sączku

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

Doświadczenie H. Khorana, 1965 r.

Doświadczenie z użyciem kopolimerów o zdefiniowanej sekwencji

poli (GU) GUGUGUGUGU

UGU │ GUG │UGU │ GUG │UGU │ GUG │UGU │

Cys - Val-

Cys – Val- Cys - Val- Cys -

poli(GUAA) GUAAGUAAGUAAGUAA

GUA │AGU │AAG │

UAA

│GUA │A……

Val - Ser- Lys-

stop

poli(AUAG) AUAGAUAGAUAGAUAGAUAG

AUA │GAU │AGA │

UAG

│AUA │G….

Ile - Asp- Arg -

stop

Rozszyfrowanie kodu genetycznego

M. Nirenberg

H.G. Khorana

R. Holley

Nobel w 1968r.

Kod genetyczny

1. Kod genetyczny jest trójkowy - trzy nukleotydy tworzą jeden kodon

polipeptyd

mRNA

Kod genetyczny

1. Kod genetyczny jest trójkowy - trzy nukleotydy tworzą jeden kodon

polipeptyd

mRNA

2. Kod genetyczny jest bezprzerywnikowy

-nie ma sekwencji przerywnikowej pomiędzy nukleotydami stanowiącymi

kolejne kodony

3. Kod genetyczny jest niezachodzący na siebie

= kodony nie nachodzą na siebie

4. Kod genetyczny jest jednoznaczny

= jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi

Kod genetyczny

1. Kod genetyczny jest trójkowy - trzy nukleotydy tworzą jeden kodon

polipeptyd

mRNA

2. Kod genetyczny jest bezprzerywnikowy

= nie ma sekwencji przerywnikowej pomiędzy nukleotydami stanowiącymi

kolejne kodony

3. Kod genetyczny jest niezachodzący na siebie

- kodony nie nachodzą na siebie

4. Kod genetyczny jest jednoznaczny

= jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi

Kod genetyczny

1. Kod genetyczny jest trójkowy - trzy nukleotydy tworzą jeden kodon

polipeptyd

mRNA

2. Kod genetyczny jest bezprzerywnikowy

= nie ma sekwencji przerywnikowej pomiędzy nukleotydami stanowiącymi

kolejne kodony

3. Kod genetyczny jest niezachodzący na siebie

= kodony nie nachodzą na siebie

4. Kod genetyczny jest jednoznaczny

- jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi

Pi

er

w

sz

y n

uk

le

ot

yd

Drugi nukleotyd

Trz

eci

n

uk

leo

tyd

Kod genetyczny jest jednoznaczny

= jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi

The Information in DNA Determines Cellular Function via Translation (www.nature.com)

polipeptyd

mRNA

Kod genetyczny

1. Kod genetyczny jest trójkowy - trzy nukleotydy tworzą jeden kodon

polipeptyd

mRNA

2. Kod genetyczny jest bezprzerywnikowy

-nie ma sekwencji przerywnikowej pomiędzy nukleotydami stanowiącymi

kolejne kodony

3. Kod genetyczny jest niezachodzący na siebie

- kodony nie nachodzą na siebie

4. Kod genetyczny jest jednoznaczny

- jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi

5. Kod genetyczny jest zdegenerowany

- 20 aminokwasów, ale 64 kodony

Kod genetyczny

Ramki odczytu w mRNA

Anticodon: 3’ UGC 5’
Codon: 5’

ACG

3’

Standardowe pary:
G-C, A-U

Chwiejność kodu:

G-U

GAA

UCC

↑ ↑

CUU →

GAG

AGG →

UCU

↑ ↑

CUC AGA

ACG CGU

←

Chwiejność (tolerancja) kodu genetycznego

Oddziaływanie G-U możliwe jest między pierwszą zasadą

antykodonu a trzecią zasadą kodonu

AUA (Ile)

↑

UAU →

AUG (Met)

AUA (Ile)

↑

UAI →

AUG (Met)

Inozyna oddziałuje z trzema zasadami

2-thiouracyl oddziałuje tylko z adeniną

Zasada tolerancji (chwiejności kodu)

Izoakceptorowe t-RNA

Isos (z greckiego) równoważny, jednakowy

Izoakceptorowe t-RNA stanowią grupę t-RNA różniących się sekwencją

nukleotydów, ale wiążących ten sam aminokwas i rozpoznawanych

przez tę samą syntetazę aminoacylo-tRNA. Ich istnienie wynika stąd, że

większość aminokwasów kodowanych jest przez więcej niż jeden

kodon.

Odstępstwa od uniwersalności kodu genetycznego