10.4: הקוד הגנטי

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208444

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

תיארנו בשמחה את מטרת כרומוזומי ה- DNA כנשיאת המידע לבניית חלבוני התא, ואת ה- RNA כמתווך לכך. עם זאת, איך בדיוק זה שמולקולה המורכבת מארבעה נוקלאוטידים שונים המחוברים זה לזה (אם כי אלפים ואפילו אלפי מהם), יכולה לומר לתא איזו מעשרים חומצות אמינו להתחבר יחד ליצירת חלבון פונקציונלי? הפתרון הברור היה שמכיוון שאין מספיק נוקלאוטידים ייחודיים בודדים לקודד עבור כל חומצת אמינו, חייבים להיות שילובים של נוקלאוטידים המייעדים חומצות אמינו מסוימות. קוד כפול, יאפשר רק 16 שילובים שונים (4 נוקלאוטידים אפשריים במיקום הראשון x 4 נוקלאוטידים אפשריים במיקום השני = 16 שילובים) ולא יספיקו לקודד את 20 חומצות האמינו. עם זאת, קוד שלישייה יניב 64 שילובים, בקלות מספיק כדי לקודד 20 חומצות אמינו. כך גם קוד רביעייה או חמישייה, לצורך העניין, אך אלה יהיו בזבזניים במשאבים, ולכן פחות סבירים. חקירה נוספת הוכיחה את קיומו של קוד שלישייה כמתואר בטבלה שלהלן.

עם כל כך הרבה שילובים ורק 20 חומצות אמינו, מה התא עושה עם האפשרויות האחרות? הקוד הגנטי הוא קוד מנוון, כלומר יש יתירות כך שרוב חומצות האמינו מקודדות על ידי יותר משילוב שלישייה אחד (קודון). למרות שמדובר בקוד מיותר, הוא אינו קוד דו משמעי: בנסיבות רגילות, קודון נתון מקודד לחומצת אמינו אחת ויחידה. בנוסף ל -20 חומצות האמינו, ישנם גם שלושה "קודוני עצירה" המוקדשים לסיום התרגום. לשלושת קודוני העצירה יש גם שמות מדברים: UAA (אוקר), UAG (ענבר), UGA (אופל), כאשר UAA הוא הנפוץ ביותר בגנים פרוקריוטיים.

השמות המדוברים החלו כאשר מגלי UAG החליטו לקרוא לקודון על שם חבר ששמו האחרון תורגם ל"ענבר". אופל ואוקר נקראו כדי להמשיך ברעיון לתת שמות צבע לקודוני עצירה.

קודוני העצירה משמשים לעתים גם לקידוד מה שנחשב כיום לחומצות האמינו ^{^ה-21} ו-22, סלנוציסטאין (UGA) ופירוליסין (UAG). חומצות אמינו אלו התגלו כמקודדות באופן עקבי במינים מסוימים של פרוקריה וארכאה.

שים לב שאין קודוני התחלה ייעודיים: במקום זאת, קודי AUG הן למתיונין והן לתחילת התרגום, בהתאם לנסיבות, כפי שהוסבר מיד. ה- Met הראשוני הוא מתיונין, אך בפרוקריוטים זהו פורמיל-מתיונין ששונה במיוחד (F-met). ה-tRNA מתמחה גם הוא ושונה מה-tRNA הנושא מתיונין לריבוזום לתוספת לפוליפפטיד הגדל. _{_{לכן, בהתייחסות ל-tRNA יוזם טעון, המינוח הרגיל הוא fMet-tRNA i או fMet-tRNA f.}} נראה שיש גם קצת יותר מרחב פעולה בהגדרת אתר ההתחלה בפרוקריוטים מאשר באיקריוטים, מכיוון שחלק מהחיידקים משתמשים ב- GUG או UUG. למרות שקודונים אלה מקודדים בדרך כלל וואלין ולאוצין, בהתאמה, כאשר הם משמשים כקודוני התחלה, ה-tRNA היוזם מביא f-met.

למרות שהקוד הגנטי כמתואר הוא כמעט אוניברסלי, ישנם כמה מצבים שבהם הוא שונה, והשינויים נשמרו בסביבות יציבות אבולוציונית. המיטוכונדריה במגוון רחב של אורגניזמים מדגימות שינויים יציבים בקוד הגנטי כולל המרת ה- AGA מקידוד ארגינין לקודון עצירה ושינוי AAA מקידוד ליסין לקידוד אספרגין. לעתים רחוקות, נמצא שינוי בתרגום של גנום אורגניזמי (גרעיני), אך רוב השינויים הנדירים הללו הם המרות לקודוני עצירה או ממנה.

קיימים גם שינויים קלים אחרים בקוד הגנטי, אך האוניברסליות של הקוד באופן כללי נותרה בעינה. כמה DNA מיטוכונדריאלי יכול להשתמש בקודוני התחלה שונים: ריבוזומים מיטוכונדריאליים אנושיים יכולים להשתמש ב- AUA וב- AUU. בכמה מיני שמרים, הקודונים CGA ו- CGC עבור ארגינין אינם בשימוש. רבים מהשינויים הללו קוטלגו על ידי המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי (NCBI) בהתבסס על עבודות של ג'וקס ואוסאווה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי (ארה"ב) ואוניברסיטת נגויה (יפן), בהתאמה.