Genetinis kodas

Genetinis kodas – sistema taisyklių, pagal kurias DNR arba RNR molekulėje nukleotidų sekomis užrašoma informacija, reikalinga .

Genetinis kodas yra vienodas visiems gyviesiems organizmams. Manoma, kad tai įrodymas, jog visa Žemės gyvybė kilusi iš vieno bendro pirmtako. Rašoma jog genetinis kodas yra „užšalęs atsitiktinumas“, be rimtos priežasties kodėl jis vienoks o ne kitoks. Kartą nusistovėjusį kodą pakeisti evoliuciškai sunku nes tai paveiktų labai daug juo užkoduotų baltymų.

Pagrindiniai principai

• Kiekviena amino rūgštis koduojama trimis vienas po kito sekančiais nukleotidais (kodonu).
• Gretimi kodonai nepersikloja ir skirtukų tarp kodonų nėra. Taigi galimi trys skaitymo rėmeliai (CAUcau, cAUCau, caUCAu).
• Ta pati aminorūgštis beveik visada koduojama keletu skirtingų kodonų (kodas perteklinis, arba išsigimęs). Aminorūgšties tipas (hidrofobinė, hidrofilinė ir pan) gana dažnai išlieka ir pakeitus antrą ar net pirmą kodono nukleotidą.
• Tas pats koduoja tik vieną aminorūgštį (kodas vienareikšmis).
• Transliuojamo baltymo pradžia žymima starto kodonu (AUG), pabaiga „stop“ kodonu (UAA, UAG, UGA).
• RNR seka transliuojama tik viena (5'→3) kryptimi.
• Esant papildomų reguliuojančių sekų, stop kodonai gali būti panaudojami pagrindinio kodo lentelėje nesančioms aminorūgštims, įjungti.

Visi kodonai koduoja tik L – aminorūgštis. Tą pat aminorūgštį koduojantys sinonimai dažniausiai skiriasi trečiosios pozicijos nukleotidu. Palyginus su galimų kodonų skaičiumi (64), aminorūgščių nedaug ir, tikėtina, evoliucinėje praeityje buvo dar mažiau. Pagaliau stop kodonų grupavimasis lentelėje šiek tiek primena kokią tai aminorūgštį koduojančių kodonų grupavimąsi.

Netipinės aminorūgštys

Specifinėmis aplinkybėmis, esant papildomoms reguliacinėms sekoms, stop kodonas UGA koduoja selenocisteiną o UAG piroliziną. Šios dvi aminorūgštys turi savo specifines transportines RNR. Papildomos reguliacinės sekos gali būti tiek transliuojamoje, tiek ir netransliuojamoje RNR dalyje.

Skirtingų tos pačios reikšmės kodonų dažnis evoliuciškai labiau nutolusiuose organizmuose labai skirtingas. Pavyzdžiui, izoleuciną koduojančio AUA kodono sutinkamumo dažnumas Escherichia coli yra tik 3,7 atvejo per 1000 bazių porų, tuo tarpu Saccharomyces cerevisiae – 17,8 (Homo sapiens 7,5). Retus kodonus mokslininkai irgi bando „perprogramuoti“ naujoms, neįprastoms aminorūgštims koduoti.

Skaitymo rėmeliai

Paprastai į RNR verčiama ir vėliau į baltymą transliuojama tik viena iš dviejų esančių DNR grandinių. Retais atvejais (daugiausia virusams, kuriems gali būti svarbu turėti mažą genomą) baltymus gali koduoti ir abi grandinės. Panašiai, paprastai transliuojamas tik vienas iš trijų galimų rėmelių. Jį dažniausiai nesunku atpažinti nes kituose dviejuose būna nemažai stop kodonų.

RNR taip pat turi netransliuojamų sekų, kurios žymi jog netoli esantis starto kodonas iš tiesų reiškia baltymo sekos pradžią. Naujo baltymo sintezė pradedama ne ties kiekvienu starto kodonu.

Genetiniu kodu užkoduota ne visa organizmą sukurti reikalinga informacija. Yra daug svarbių netransliuojamų RNR (pavyzdžiui, transportinės, ribosominės) bei įvairių valdančių bei reguliuojančių sekų.

Kodas

Aminorūgštys:

hidrofobinės

hidrofilinės

šarminės

rūgštinės

stop kodonai

Standartinis genetinis kodas

1 nukleotidas	2 nukleotidas								3 nukleotidas
	U		C		A		G
U	UUU	(Phe/F) Fenilalaninas	UCU	(Ser/S) Serinas	UAU	(Tyr/Y) Tirozinas	UGU	(Cys/C) Cisteinas	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	(Leu/L) Leucinas	UCA		UAA	Stop (Ochre)	UGA	Stop (Opal) arba selenocisteinas	A
	UUG		UCG		UAG	Stop (Amber) arba pirolizinas	UGG	(Trp/W) Triptofanas	G
C	CUU		CCU	(Pro/P) Prolinas	CAU	(His/H) Histidinas	CGU	(Arg/R) Argininas	U
	CUC		CCC		CAC		CGC		C
	CUA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutaminas	CGA		A
	CUG		CCG		CAG		CGG		G
A	AUU	(Ile/I) Izoleucinas	ACU	(Thr/T) Treoninas	AAU	(Asn/N) Asparaginas	AGU	(Ser/S) Serinas	U
	AUC		ACC		AAC		AGC		C
	AUA		ACA		AAA	(Lys/K) Lizinas	AGA	(Arg/R) Argininas	A
	AUG	(Met/M) Metioninas	ACG		AAG		AGG		G
G	GUU	(Val/V) Valinas	GCU	(Ala/A) Alaninas	GAU	(Asp/D) Aspartatas	GGU	(Gly/G) Glicinas	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		GCA		GAA	(Glu/E) Gliutamo rūgštis	GGA		A
	GUG		GCG		GAG		GGG		G

Šaltiniai ir pastabos

1. Šiuo metu aptikta nukrypimų nuo „standartinio kodo“ (daugiausia mitochondrijose bei mikoplazmose). Visgi šie pakitimai nėra dideli, dauguma kodonų (ir juo labiau bendra struktūra) lieka tie patys.
2. Bohlke N, Budisa N (February 2014). „Sense codon emancipation for proteome-wide incorporation of noncanonical amino acids: rare isoleucine codon AUA as a target for genetic code expansion“. FEMS Microbiology Letters. 351 (2): 133–44. doi:10.1111/1574-6968.12371. PMC 4237120. PMID 24433543.
3. Baranov P. V.; Gesteland R. F.; Atkins, J. F. (2002). „Recoding: Translational Bifurcations in Gene Expression“. Gene. 286 (5): 187–201. doi:10.1016/S0378-1119(02)00423-7. PMID 11943474.{{cite journal}}: CS1 priežiūra: multiple names: authors list (link)
4. Théobald-Dietrich A, Giegé R, Rudinger-Thirion J (2005). „Evidence for the existence in mRNAs of a hairpin element responsible for ribosome dependent pyrrolysine insertion into proteins“. Biochimie. 87 (9–10): 813–7. doi:10.1016/j.biochi.2005.03.006. PMID 16164991.{{cite journal}}: CS1 priežiūra: multiple names: authors list (link)
5. Ochre, Opal ir Amber yra istoriniai stop kodonų pavadinimai
6. AUG yra baltymo pradžią žymintis kodonas tačiau gali pasitaikyti ir toliau jo sekoje. Sekos pradžioje esantis AUG koduoja prokariotuose koduoja kitą rūgštį, formil-metioniną. Visur kitur AUG koduoja metioniną.