9 أهم خصائص الشفرة الوراثية

بعض أهم خصائص الشفرات الوراثية هي كما يلي:

1. الكود هو كودون ثلاثي:

يتم ترتيب النيوكليوتيدات من mRNA كتسلسل خطي من الكودونات ، كل كودون يتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية متتالية ، أي أن الكود هو كودون ثلاثي. لقد تم دعم مفهوم الكودون الثلاثي من خلال نوعين من الطفرات النقطية: طفرات تحول الإطار واستبدال الأساس.

(ط) الطفرات الفوضوية:

من الواضح أن الرسالة الجينية التي بدأت مرة واحدة في نقطة ثابتة تقرأ في إطار محدد في سلسلة من ثلاث كلمات. سوف يتم إزعاج الإطار حالما يتم حذف أو إضافة قاعدة أو أكثر.

عندما تم قطع هذا التحولات الطفرية في إطار ، ثم في مجموعات معينة أنها تنتج الجينات العادية النوع البري. وخلص إلى أن واحدا منهم كان الحذف والآخر إضافة ، بحيث يتم استعادة الترتيب المضطرب للإطار بسبب الطفرة من قبل الآخر (الشكل 38.26).

(2) استبدال الأساس:

إذا كان في جزيء mRNA عند نقطة معينة ، يتم استبدال زوج واحد أساسي بآخر دون أي حذف أو إضافة ، سيتم تغيير معنى كودون واحد يحتوي على مثل هذه القاعدة المتغيرة. ونتيجة لذلك ، بدلاً من حمض أميني معين في موضع معين في عديد ببتيد ، سيتم دمج حمض أميني آخر.

الصورة مجاملة: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

على سبيل المثال ، نتيجة لطفرة بديلة ، في جين إنزيم تريبتوفان تريبتاز في الإشريكية القولونية ، يصبح كود GGA الخاص بالجليسين جزيء نذير AGA الذي يرمز إلى arginine. الكود "Missence" هو كودون يخضع لعملية تغيير لتحديد حمض أميني آخر.

وقد جاء دليل أكثر مباشرة على الشفرة الثلاثية من اكتشاف أن قطعة من mRNA تحتوي على 90 نوكليوتيد ، تتوافق مع سلسلة polypeptide من 30 حمضًا أمينيًا لجزيء الهيموجلوبين المتزايد. وبالمثل ، فإن 1200 نوكليوتيد من فيروس نخر التبغ "الساتلي" يوجّه تخليق جزيئات بروتين الغلاف التي تحتوي على 372 حمضًا أمينيًا.

2. الشفرة غير متراكبة:

في ترجمة جزيئات mRNA لا تتداخل الكودونات ولكن "تقرأ" بالتتابع (الشكل 38.27). وهكذا ، فإن الشفرة غير المتداخلة تعني أن القاعدة في mRNA لا تستخدم لكودونات مختلفة. في الشكل 38.28 ، تبين أن التداخل في التعليمات البرمجية يمكن أن يعني الترميز لأربعة أحماض أمينية من ستة قواعد.

ومع ذلك ، في الممارسة الفعلية ستة قواعد رمز لا يزيد عن اثنين من الأحماض الأمينية. على سبيل المثال ، في حالة وجود تداخل في التعليمات البرمجية ، سينعكس تغيير واحد (لنوع الاستبدال) في التسلسل الأساسي في بدائل لأكثر من حمض أميني واحد في البروتين المقابل. وقد تراكمت العديد من الأمثلة منذ عام 1956 التي ينتج عنها استبدال قاعدة أحادية في تغير واحد في الأحماض الأمينية في الأنسولين ، و synthelase tryptophan ، وبروتين TMV ، والفوسفاتيز القلوية ، والهيموغلوبين ، إلخ.

ومع ذلك ، فقد ثبت أنه في حالة العدوى البكتيرية ɸ × l74 هناك إمكانية لتداخل الجينات والكودونات (البرميل وزملاء العمل ، 1976 ؛ سانجر ، وآخرون ، 1977).

3. الرمز هو commaless:

الشفرة الوراثية هي commaless ، مما يعني أنه لا يتم حجز أي كودون لعلامات الترقيم. ويعني ذلك أنه بعد ترميز أحماض أمينية واحدة ، يتم تلقائياً ترميز الحمض الأميني الثاني ، بواسطة الأحرف الثلاثة التالية ، ولا يتم إهدار أية حروف مثل علامات الترقيم (الشكل 38.29).

4. الشفرة غير غامضة:

يعني الرمز غير الغامض أن كود معين سيعمل دائمًا على التعليمة البرمجية لنفس الحمض الأميني. في حالة وجود كود غامض ، يمكن أن يكون له نفس الكودون معانٍ مختلفة أو بعبارة أخرى ، يمكن أن يقوم الكودون نفسه برمز اثنين أو أكثر من نوعين مختلفين من الأحماض الأمينية. بشكل عام ، كقاعدة عامة ، يجب ألا يرمز الكودون نفسه إلى نوعين مختلفين من الأحماض الأمينية.

ومع ذلك ، هناك بعض الاستثناءات المعلنة لهذه القاعدة: يمكن لكل من الكودونات AUG و GUG أن يرمزوا إلى methionine كبدء أو بدء كودون ، على الرغم من أن GUG مخصصة للفالين. وبالمثل ، رموز كودون GGA عن اثنين من الأحماض الأمينية جلايسين وحمض الغلوتاميك.

5. الرمز له قطبية:

يتم دائمًا قراءة الشفرة في اتجاه ثابت ، أي في الاتجاه 5 '→ 3'. وبعبارة أخرى ، فإن codon له قطبية. من الواضح أنه إذا تمت قراءة الكود في اتجاهات متعاكسة ، فإنه سيحدد بروتينين مختلفين ، لأن الكودون سيكون له تسلسل قاعدي معكوس:

6. الرمز متدهور:

قد يحدد أكثر من كودون نفس الحمض الأميني. هذا ما يسمى الانحطاط من التعليمات البرمجية. على سبيل المثال ، باستثناء التريبتوفان والميثيونين ، اللذان يحتوي كل منهما على كودون واحد ، تحتوي جميع الأحماض الأمينية الـ 18 الأخرى على أكثر من كودون واحد. وهكذا ، فإن تسعة أحماض أمينية ، هي فينيل ألانين ، التيروزين ، الهيستدين ، الجلوتامين ، الأسباراجين ، الليسين ، حمض الأسبارتيك ، حمض الغلوتاميك والسيستين ، تحتوي على اثنين من الكودونات. Isoleucine ديه ثلاثة codons. هناك خمسة أحماض أمينية ، وهي: فالين ، وبرولين ، وثريونين ، وألانين ، وغليسين ، ولها أربعة أكواد لكل منهما. ثلاثة أحماض أمينية ، وهي leucine و arginine و serine ، تحتوي على ستة codons لكل منهما (انظر الجدول 38.5).

إن انحطاط الكود هو في الأساس نوعان: جزئي وكامل. يحدث انحطاط جزئي عندما تكون النوكليوتيدات الأولى متطابقة ، أما النوكليوتيد الثالث (أي 3 ′ قاعدة) من الكودونات المنحلة ، على سبيل المثال ، CUU و CUC code for leucine ، يحدث الانكماش الكامل عندما يكون أي من القواعد الأربعة يمكن أن يأخذ المركز الثالث وما زال كود لنفس الحمض الأميني (على سبيل المثال ، UCU ، UCC ، UCA و UCG code للسيرين).

انحطاط الشفرة الوراثية له مميزات بيولوجية معينة. على سبيل المثال ، فإنه يسمح في الأساس بتكميل نفس الأنزيمات والبروتينات الأخرى بواسطة الكائنات الدقيقة المتغيرة على نطاق واسع في تكوين قاعدة الحمض النووي. الانحطاط كما يوفر آلية لتقليل الفتك الطفري.

7. بعض الرموز بمثابة codons البدء:

في معظم الكائنات الحية ، كودون AUG هو كود البدء أو الشروع ، أي أن سلسلة polypeptide تبدأ إما بـ methionine (حقيقيات النواة) أو N- فورميلميثيون (بدائيات النواة). يرتبط الميثيونيل أو N-formylmethionyl-tRNA على وجه التحديد بموقع بدء mRNA المحتوي على كودون بدء AUG. في حالات نادرة ، تعمل GUG أيضًا ككودنة البدء ، على سبيل المثال ، تخليق البروتين البكتيري. عادةً ، رموز GUG لـ valine ، ولكن عندما يتم فقدان كود AUG العادي عن طريق الحذف ، يتم استخدام GUG فقط كتشويد بدء.

8. بعض الرموز تعمل كإيقاف codons:

ثلاثة codons UAG ، UAA و UGA هي سلسلة توقف أو أكواد الإنهاء. انهم لا رمز لأي من الأحماض الأمينية. لا تتم قراءة هذه الكودونات بأي جزيئات الحمض الريبي النووي النقال (عبر مضاداتها) ، ولكن يتم قراءتها بواسطة بعض البروتينات المحددة ، وتسمى عوامل الإطلاق (على سبيل المثال ، RF-1 ، RF-2 ، RF-3 في بدائيات النواة و RF في حقيقيات النوى). وتسمى هذه الكودونات أيضًا الكودونات الفارغة ، لأنها لا تحدد أي حمض أميني.

كان الفريق الاستشاري القانوني أول كودون إنهاء يتم اكتشافه من قبل سيدني برينر (1965). سميت العنبر بعد طالب الدراسات العليا يدعى بيرنشتاين (= الكلمة الألمانية ل 'العنبر' والعنبر يعني الأصفر البني) الذين يساعدون في اكتشاف فئة من الطفرات. على ما يبدو ، لإعطاء التماثل سميت أيضا اثنين من كودون الإنهاء الأخرى بعد الألوان مثل المغرة ل UAA والأوبال أو umber لـ UGA. (المغرة تعني الأصفر أو الأصفر الباهت ؛ أوبال يعني أبيض حليبي وأومبر يعني البني). قد يكون وجود أكثر من كودود توقف واحد هو تدبير السلامة ، في حالة فشل الكودون الأول في العمل.

9. الرمز عالمي:

تم العثور على الشفرة الوراثية نفسها صالحة لجميع الكائنات التي تتراوح بين البكتيريا للإنسان. وقد برهن مارشال وكاسيكي ونيرنبرغ (1967) على شمولية هذه الشفرة ، فوجدوا أن بكتيريا E. coli (بكتيريوم) و Xenopus laevis (Amphibian) وخنزير غينيا (الثدييات) amino acyl-tRNA تستخدم نفس الشفرة تقريبًا. كما ذكرت Nirenberg أن الشفرة الوراثية قد تكون قد تطورت منذ 3 مليارات سنة مع البكتيريا الأولى ، ولم تتغير إلا قليلاً خلال تطور الكائنات الحية.

في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف بعض الاختلافات بين الشفرة الوراثية العالمية والشفرة الوراثية للميتوكوندريا (الجدول 38.6).

الجدول 38-6. الاختلافات بين "الشفرة الوراثية الكونية" ورمتي جينات الميتوكوندريا:

* يشير النوع المائل إلى أن الرمز يختلف عن الكود "العالمي".