KOD GENETYCZNY
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