Inligting

Oortolligheid van die genetiese kode

Oortolligheid van die genetiese kode


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Een spesifieke kodon kodeer slegs vir een aminosuur, maar 'n aminosuur kan deur verskeie verskillende kodons gekodeer word. Nou volgens die genetiese kode, die kodonUUUkodes vir die aminosuur fenielalanien enUUAkodes vir leucine. Maar volgens die Wobble-hipotese hoef die basis op die derde posisie van die kodon en dié op die antikodon nie aanvullend te wees nie (wat help om te verduidelik hoekom daar baie min tipes tRNA-molekules is, ten spyte daarvan dat daar 61 kodons is). As hierdie hipotese waar is, kan ons 'n fenielalanien in 'n posisie hê wat bedoel was om vir leucine te wees, en omgekeerd (aangesien die kodons wat vir hulle kodeer slegs in hul derde basis verskil). Dieselfde geld vir pare soos asparaginsuur en glutamiensuur en serien en arginien. So hoe lei translasie van 'n spesifieke mRNA-molekule tot die regte polipeptiedvolgorde?


Wobble-paring is net 'n verskynsel en nie 'n harde en vinnige reël nie. Daar is 'n paar regverdigings vir hoekom dit moet bestaan ​​en daarom word dit steeds 'n hipotese genoem. En hierdie stelling is nie waar nie:"die basis op die derde posisie van die kodon en dié op die antikodon hoef nie aanvullend te wees nie". Die antikodonresidu wat ooreenstem met die derde residu van kodon kan a promisku basis wat met twee of baie verskillende basisse kan koppel. Die tRNA vir fenielalanien het 'n antikodon -GAAwat met albei kan koppelUUUenUUCmaar nieUUA.

Die stelling van wankelhipotese is dus dat die eerste basis van die antikodon (dikwels 'n gemodifiseerde/atipiese nukleobase) promiskuïteit van binding kan toon.


Jy is korrek om te sê dat Crick in sy Wobble Hipothesis voorgestel het dat “die basis op die derde posisie van die kodon en dié op die antikodon nie komplementêr hoef te wees nie”, maar die "moet nie wees nie" in jou stelling is 'n parafrase van die "sommige" in Crick se oorspronklike stelling:

“Daar word voorgestel dat hoewel die standaard basispare taamlik streng in die eerste twee posisies van die drieling gebruik kan word, daar dalk sommige wankel in die paring van die derde bof.”

As jy daardie koerant lees - of die Wikipedia-inskrywing onder Wobble raadpleeg - sal jy bewus word dat Crick die woord "sommige" gebruik om aan te dui dat:

(i) Die voorgestelde wobble is spesifiek vir sekere basispare.

(ii) Dat sulke wankelbasispare slegs gevind sal word in gevalle waar hulle nie die genetiese kode oortree nie.

Die Wobbel Hipotese - soos hierbo genoem - is onomwonde as korrek bewys. Die spesifieke Wobble Reëls dat Crick voorgestel het om punt (i) te bevredig, was gebaseer op 'n ondersoek van die chemie van die basisse, en het getoon dat dit gedeeltelik korrek is:

Wobbelreëls: Crick se oorsprongvoorspellings in vergelyking met waargenome 5'-antikodonbasisse en hul basisparing met kodons.

Dus, die voorspelling dat die 5'-tRNA-antikodonbasisse, G en I kon wankel (en C kon nie), is bevestig. Crick was bewus van die skaarsheid van A op hierdie posisie in antikodons, en beide dit en U word gewoonlik in chemies gemodifiseerde vorms aangetref, waarvan hy die basisparing nie probeer voorspel het nie (hy was onbewus van die meeste daarvan) en wat verskil in verskillende gevalle. Die punt om te onthou is dat daar 'n wetenskaplike rasionaal hiervoor is in terme van die driedimensionele struktuur van die antikodon in die tRNA (wat die eerste twee basisse in posisie hou deur basisstapeling) en die nabyheid van die potensieel waterstofbindende groepe in die verskillende basisse.

Punt (ii) is dat die natuur Wobble slegs sal gebruik waar die genetiese kode dit toelaat. G-paring met C of U werk altyd, terwyl ek paring met A, C of G sal werk met aminosure wat deur al vier basisse in 'n blok (bv. Leu, Val, Ser) gekodeer word, maar nie waar daar blokke van twee is nie (bv. Tyr, His, Asn).

Een laaste punt wat die chemiese basis van dit alles beklemtoon. Mitochondria van soogdiere het 'n ander stel wankelreëls as gevolg van hul besonder afgeknotte tRNA's.


Oortolligheid van die genetiese kode - Biologie

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy in staat wees om:

  • Verduidelik die "sentrale dogma" van proteïensintese
  • Beskryf die genetiese kode en hoe die nukleotiedvolgorde die aminosuur en die proteïenvolgorde voorskryf

Die sellulêre proses van transkripsie genereer boodskapper-RNA (mRNA), 'n mobiele molekulêre kopie van een of meer gene met 'n alfabet van A, C, G en uracil (U). Vertaling van die mRNA-sjabloon omskep nukleotied-gebaseerde genetiese inligting in 'n proteïenproduk. Proteïenvolgordes bestaan ​​uit 20 algemeen voorkomende aminosure, daarom kan gesê word dat die proteïen-alfabet uit 20 letters bestaan ​​(Figuur 1). Elke aminosuur word gedefinieer deur 'n drie-nukleotiedvolgorde wat die drielingkodon genoem word. Verskillende aminosure het verskillende chemie (soos suur versus basies, of polêr en nie-polêr) en verskillende strukturele beperkings. Variasie in aminosuurvolgorde gee aanleiding tot enorme variasie in proteïenstruktuur en -funksie.

Figuur 1. Strukture van die 20 aminosure wat in proteïene gevind word, word getoon. Elke aminosuur is saamgestel uit 'n aminogroep (NH + 3), 'n karboksielgroep (COO − ), en 'n syketting (blou). Die syketting kan nie-polêr, polêr of gelaai wees, sowel as groot of klein. Dit is die verskeidenheid aminosuur-sykettings wat aanleiding gee tot die ongelooflike variasie van proteïenstruktuur en -funksie.


10.4: Die Genetiese Kode

  • Bygedra deur E. V. Wong
  • Axolotl Academica Publishing (Biologie) by Axolotl Academica Publishing

Ons het vriendelik die doel van die DNA-chromosome beskryf as die inligting vir die bou van die proteïene van die sel, en die RNA as die tussenganger om dit te doen. Presies hoe is dit egter dat 'n molekule wat bestaan ​​uit net vier verskillende nukleotiede wat saamgevoeg is (alhoewel duisende en selfs duisende duisende van hulle), die sel kan vertel watter van die 20-tal aminosure om saam te ryg om 'n funksionele proteïen te vorm ? Die ooglopende oplossing was dat aangesien daar nie genoeg individuele unieke nukleotiede is om vir elke aminosuur te kodeer nie, daar kombinasies van nukleotiede moet wees wat spesifieke aminosure aandui. 'n Dubbeltkode sal slegs 16 verskillende kombinasies toelaat (4 moontlike nukleotiede in die eerste posisie x 4 moontlike nukleotiede in die tweede posisie = 16 kombinasies) en sal nie genoeg wees om die 20 aminosure te enkodeer nie. 'n Drielingkode sal egter 64 kombinasies oplewer, maklik genoeg om 20 aminosure te kodeer. So ook 'n vierling- of vyflingkode, vir die saak, maar dit sal verkwisting van hulpbronne wees, en dus minder waarskynlik. Verdere ondersoek het die bestaan ​​van 'n drielingkode bewys soos beskryf in die tabel hieronder.

Met soveel kombinasies en net 20 aminosure, wat maak die sel met die ander moontlikhede? Die genetiese kode is a ontaarde kode, wat beteken dat daar oortolligheid is sodat die meeste aminosure deur meer as een drielingkombinasie (kodon) gekodeer word. Alhoewel dit 'n oortollige kode is, is dit nie 'n dubbelsinnige kode nie: onder normale omstandighede kodeer 'n gegewe kodon een en slegs een aminosuur. Benewens die 20 aminosure, is daar ook drie &ldquostopkodons&rdquo gewy aan die beëindiging van vertaling. Die drie stopkodons het ook spreektaalname: UAA (oker), UAG (amber), UGA (opaal), met UAA wat die algemeenste in prokariotiese gene is.

Die omgangsname is begin toe die ontdekkers van UAG besluit het om die kodon te vernoem na 'n vriend wie se van in &ldquoamber&rdquo vertaal is. Opaal en oker is vernoem om voort te gaan met die idee om stopkodons kleurname te gee.

Die stopkodons word soms ook gebruik om te kodeer wat nou as die 21 ste en 22 ste aminosure, selenosisteïen (UGA) en pirrolisien (UAG) beskou word. Daar is ontdek dat hierdie aminosure konsekwent in sommige spesies van prokarya en archaea gekodeer word.

Let daarop dat daar geen toegewyde beginkodons is nie: eerder AUG-kodes vir beide metionien en die begin van vertaling, afhangende van die omstandighede, soos onmiddellik verduidelik. Die aanvanklike Met is 'n metionien, maar in prokariote is dit 'n spesiaal gemodifiseerde formiel-metionien (f-Met). Die tRNA is ook gespesialiseerd en verskil van die tRNA wat metionien na die ribosoom dra vir toevoeging tot 'n groeiende polipeptied. Daarom, met verwysing na 'n gelaaide inisieerder tRNA, is die gewone nomenklatuur fMet-tRNAi of fMet-tRNAf. Dit lyk ook of daar 'n bietjie meer speelruimte is om die beginplek in prokariote te definieer as in eukariote, aangesien sommige bakterieë GUG of UUG gebruik. Alhoewel hierdie kodons gewoonlik onderskeidelik vir valien en leusien kodeer, bring die inisieerder tRNA f-Met in wanneer hulle as beginkodons gebruik word.

Alhoewel die genetiese kode soos beskryf byna universeel is, is daar sekere situasies waarin dit gewysig is, en die modifikasies behoue ​​bly in evolusionêr stabiele omgewings. Die mitochondria in 'n wye reeks organismes toon stabiele veranderinge aan die genetiese kode, insluitend die omskakeling van die AGA van kodering van arginien in 'n stopkodon en die verandering van AAA van enkodering van lisien na kodering van asparagien. Selde word 'n verandering gevind in die vertaling van 'n organisme (kern) genoom, maar die meeste van daardie seldsame veranderinge is omskakelings na of van stopkodons.

Ander klein veranderinge aan die genetiese kode bestaan ​​ook, maar die universaliteit van die kode in die algemeen bly. Sommige mitochondriale DNA's kan verskillende beginkodons gebruik: menslike mitochondriale ribosome kan AUA en AUU gebruik. In sommige gisspesies is die CGA- en CGC-kodons vir arginien ongebruik. Baie van hierdie veranderinge is gekatalogiseer deur die Nasionale Sentrum vir Biotegnologie-inligting (NCBI) gebaseer op werk deur Jukes en Osawa by onderskeidelik die Universiteit van Kalifornië in Berkeley (VSA) en die Universiteit van Nagoya (Japan).


Neurale induksie embrioniese stamselle

9.3.1 Neurale induksie in soogdier-ESK's

In die afwesigheid van afdoende bewyse van genetiese analise van die muis, meestal as gevolg van genetiese oortolligheid wat vroeër bespreek is, verteenwoordig ESC's miskien die mees aanneemlike model vir die aanspreek van die voldoende BMP-inhibisie vir neurale induksie by soogdiere. Dit is veilig om te aanvaar dat, soos met dierkappe, differensiasie van beide muis- en menslike ESC's die hiërargiese stel seine volg wat embrioniese ontwikkeling reguleer in die generering van die kiemlae en spesifieke seltipes (Thomson en Marshall, 1998 Yu en Thomson, 2008).

Die verskaffing van 'n streng antwoord op hierdie vraag - in soogdier-ESC's in die algemeen en in hESC's in die besonder - is bemoeilik deur tegniese beperkings inherent aan die in vitro aspekte van selkultuur. Byvoorbeeld, mESC's en hESC's word gereeld in die teenwoordigheid van 20% serum gekweek om die voedingstowwe te verskaf wat nodig is vir groei, dus is hulle reeds blootgestel aan 'n deurlopende voorraad ekstrinsieke faktore. Boonop benodig pluripotente mESC-kulture leukemie-inhiberende faktor (LIF) en BMP's, saam met pluripotente hESC's, Wnt, aktivien/nodale sowel as baie hoë vlakke van FGF (Singh en Brivanlou, 2010). Hierdie ekstrinsieke seinvereistes bemoeilik die analise grootliks en skep verwarring in die onderskeid tussen induseerders en wysigers van neurale lotspesifikasie. Boonop word seltipe-spesifieke molekulêre merkers van menslike embrioniese lot, wat gereeld as diagnostiese sellot gebruik word, van muisembrio's geëkstrapoleer. Totdat die spesifisiteit van hierdie merkers in menslike embrio's direk bekragtig word, is dit belangrik om te onthou dat hierdie aanname misleidend kan wees. Ten slotte, die gebrek aan in vivo toetse om te bekragtig in vitro waarneming verteenwoordig 'n groot struikelblok in die geval van hESC's. Differensiasies van ESC's as monolaag- of embrio-liggame of teratomas is geen plaasvervanger vir in vivo embrioniese toetse. In vitro kultuur of gewasse het nie die komplekse kiemlaag-interaksies en morfogenetiese bewegings wat voorkom nie in vivo, dus versuim om induktiewe interaksies te fasiliteer. Pogings om te ontwerp in vivo bepaling vir hESC's deur die vorming van baie vroeë muis/menslike chimerisme verteenwoordig nie 'n perfekte plaasvervanger nie, aangesien hulle aan tegniese beperkings en swak oorlewingsvermoë ly (James et al., 2006). Ten spyte van hierdie beperkings, is bewys dat ESC's kragtige instrumente is in ons huidige begrip van differensiasiepaaie.

Studies wat die molekulêre basis van neurale spesifikasie in soogdier-ESC's aanspreek, wentel om drie eksperimentele paradigmas. Die eerste is saamkultuur van ESC's met verskillende voedingslyne wat neurale lot veroorsaak. Die tweede is gebaseer op die uitskakeling of minimalisering van sellulêre kontak deur ESC's in minimum medium te laat groei deur die gebruik van hoë-verdunning platering (insluitend enkelselle), en sodoende die amfibiese diere cap-sel dissosiasie eksperimente naboots. Laastens word skemerkelkies of individuele faktore aangebied aan selle wat in 'n verskeidenheid toestande gekweek word om hul neuraal-induserende aktiwiteite te toets. Kombinasies van hierdie benaderings is suksesvol gebruik om te demonstreer dat BMP-inhibisie voldoende is in beide muis- en menslike ESC's om neurale lot te veroorsaak, wat ondersteuning bied vir die amfibiese data oor BMP-inhibisie en die neurale verstekmodel. Terwyl ons uiteindelik tot soortgelyke gevolgtrekkings kom, sal ons eers die muis bespreek en dan die menslike eksperimente beskryf voordat ons op die verstekmodel konvergeer.


Evolusie van genetiese oortolligheid

Genetiese oortolligheid beteken dat twee of meer gene dieselfde funksie verrig en dat inaktivering van een van hierdie gene min of geen effek op die biologiese fenotipe het nie. Oortolligheid blyk wydverspreid te wees in genome van hoër organismes. Voorbeelde van oënskynlik oortollige gene kom uit talle studies van ontwikkelingsbiologie, immunologie, neurobiologie en die selsiklus. Tog is daar 'n probleem: gene wat vir funksionele proteïene kodeer, moet onder seleksiedruk wees. As 'n geen werklik oorbodig was, sou dit nie teen die ophoping van skadelike mutasies beskerm word nie. ’n Wydverspreide siening is dus dat sulke oortolligheid nie evolusionêr stabiel kan wees nie. Hier ontwikkel ons 'n eenvoudige genetiese model om seleksiedruk wat op oortollige gene inwerk, te ontleed. Ons bied vier gevalle aan wat kan verduidelik waarom genetiese oortolligheid algemeen voorkom. In drie gevalle is oortolligheid selfs evolusionêr stabiel. Ons teorie bied 'n raamwerk vir die verkenning van die evolusie van genetiese organisasie.


Metodes

Model 1. Beskou 'n haploïede populasie met gene by twee lokusse, A en B. Nie-funksionele allele, a en b, ontstaan ​​teen mutasietempo's ua en ub. Daar is vier genotipes, AB, Ab, aB en ab. Die frekwensies is x1, x2, x3 en x4, en die fiksheid is f1, f2, f3 en f4, onderskeidelik. In elke generasie is daar paring (met rekombinasie), gevolg deur mutasie en seleksie. Paring word beskryf deur die verskilvergelykings: x1 = x1 + D, x2 = x2D, x3 = x3D, en x4 = x4 + D. Hier, D = r(x2x3x1x4), waar r is die rekombinasietempo tussen die A en B lokusse, en r is 'n getal tussen 0 en 0,5. Mutasie word beskryf deur x1 = x1(1 − ua)(1 − ub), x2 = x1(1 − ua)ub + x2(1 − ua), x3 = x1ua(1 − ub) + x3(1 − ub), en x4 = x1uaub + x2ua + x3ub + x4. Keuring word beskryf deur xi = fixi/f, waar f = Σixifi dui die gemiddelde fiksheid van die bevolking aan. Gestel beide gene verrig funksie F met gelyke doeltreffendheid. Ons het f1 = f2 = f3 = 1 en f4 = 0. Vir presies gelyke mutasietempo's, ua = ub = u, daar is 'n lyn van ewewigte gegee deur x1 = x2x3r(1 − u)/u. Vir ongelyke mutasietempo's sal die geen met 'n hoër mutasietempo uitsterf.

Model 2. Dit het dieselfde raamwerk as model 1, maar gene A en B funksie verrig F met verskillende doeltreffendheid, ha en hb. Laat ha > hb. Die genotipe fiksheid is f1 = f2 = ha, f3 = hb en f4 = 0. Oortolligheid kan evolusionêr stabiel wees as B het 'n laer mutasietempo as A, ub < ua. As 1- (hb/ha) > ua > ub[1 + (1/r)(hahb)/hb] die ewewig is x1 * = (1 − x2 * ) × [ha(1 − ua) − hb(1 − ub)] / [(hahb)(1 − ua)], x2 * = (1/r)[ub/(1 − ub) × [ha(1 − ua) − hb(1 − ub)] / [hb(uaub)], x3 * = 1 − x1 * − x2 * , en x4 * = 0. Vir lae mutasietempo's, die ewewigsfrekwensie van die oortollige AB genotipe is ongeveer x1 * ≈ 1 − (1/r)[ub/(uaub)](hahb)/hb. Byvoorbeeld, as ha = 1, hb = 0.99, ua = 1.1 × 10 −6 , ub = 10 −6 en r = 0.5, dan is die ewewigsfrekwensie van AB is ongeveer 0,8.

Hierdie model kan uitgebrei word na n gene met verskillende mutasietempo's en verskillende doeltreffendheid. Die fiksheid van 'n bepaalde genotipe word gegee deur die doeltreffendheid van die mees doeltreffende geen. As minder doeltreffende gene laer mutasietempo's het, is stabiliteit van verskeie oortollige gene moontlik. Vir 'n groot aantal gene word die voorwaardes oor doeltreffendheid en mutasietempo egter baie beperkend.

Model 3. Oorweeg twee gene, A en B, en twee funksies, F1 en F2. Gene A funksie verrig F1 met doeltreffendheid ha, en geen B funksie verrig F1 met 'n laer doeltreffendheid hb en funksie F2 met 'n doeltreffendheid van een. Mutasies in A lei tot die onaktiewe variant a die mutasietempo is ua. Mutasies in B kan óf lei tot variant b1, wat die vermoë verloor het om funksie uit te voer F1 maar presteer steeds F2, of na variant b2, wat heeltemal onaktief is mutasiekoerse is ub1 en ub2, onderskeidelik. Variant b2 kan ook voortspruit uit b1 teen 'n mutasietempo ub3. Die oortollige organisasie vir die uitvoering van funksie F1, is evolusionêr stabiel as ub1 < ua. Die analise is soortgelyk aan model 2 if ub2ub3: vir lae mutasietempo's, die ewewigsfrekwensie van AB is ongeveer x1 * ≈ 1 − (1/r)[ub1/(uaub1)] × (hahb)/ha. Vir dieselfde numeriese waardes as model 2, en as dit aanvaar word ub1 is 10 keer kleiner as ua, vind ons dat die ewewigsfrekwensie van AB is 0,998. Pleiotropie fasiliteer oortolligheid.

Model 4. Oorweeg twee gene A en B met mutasietempo's ua en ub en ontwikkelingsfoutkoerse δa en δb. Mutasie en seleksie word beskryf deur die verskilvergelykings x1 = (1 − δaδb)(1 − ua)(1 − ub)x1/f, x2 = (1 − δa) × (x1ub + x2)/f, x3 = (1 − δb)(1 − ub)(x1ua + x3)/f, x4 = 0, waar f is so dat x1 + x2 + x3 = 1. In teenstelling met modelle 1–3, is rekombinasie nie hier noodsaaklik nie. Die ewewigsfrekwensie van AB is x1 = 1/<1 + [ua(1 − δb)]/ [δb(1 − δa) − ua(1 − δaδb)] + [ub(1 − δa)] / [δa(1 − δb) − ub(1 − δaδb)]>. Vir klein waardes van u en δ, kry ons x1 ≈ 1/<1 + [ua/(δbua)] + [ub/(δaub)]>. Dus nodige voorwaardes vir 'n groot x1 is ua < δb en ub < δa.

Die model kan uitgebrei word na n gene. Gestel alle gene het mutasietempou en ontwikkelingsfoutkoers δ. Laat xi dui genotipes aan met i gene (i = 0,…, n). Die bevolkingsdinamika is xnk = (fnk/f) Σi = 0 k (ki ni ) × u ki xni, waar fj = (1 − δ j )(1 − u) j en f is sodanig dat alle frekwensies by een voeg. Die ewewig kan rekursief opgelos word. 'n Ekwilibrium met die genotipe wat alles bevat n oortollige gene is moontlik as fn > fn−1. Dit lei tot n < 1 + (log u)/(log δ).

Diploïede modelle. Ons resultate vir haploïede modelle is ook van toepassing op diploïede modelle. In diploïede modelle onderskei ons vier gamete, AB, Ab, aB en ab, wat nege sigote vorm: AB/AB, AB/Ab, Ab/Ab, AB/aB, aB/aB, AB/ab, Ab/ab, aB/ab en ab/ab. Vir elke generasie neem ons aan dat mutasie op gameetfrekwensie inwerk, dan word sigote gevorm, seleksie op sigote, en uiteindelik word nuwe gamete gevorm, insluitend die moontlikheid van rekombinasie. In ooreenstemming met haploïede model 1, vind ons dat die geval waar alle sigote hoë fiksheid het behalwe ab/ab wat lae fiksheid het, lei nie tot stabiele oortolligheid nie. Gevalle soortgelyk aan modelle 2 en 3 gee stabiele oortolligheid. Diploïede modelle met ontwikkelingsfoute gee ook stabiele oortolligheid.

Daar is 'n paar bykomende gevalle wat kan lei tot oortolligheid in diploïede modelle. Een so 'n geval is deur Brookfield ontdek: dit neem aan dat die dubbele heterosigoot, AB/ab, is so fiks soos die wilde tipe, AB/AB, maar Ab/ab, aB/ab en ab/ab lae fiksheid hê 1 . Daarbenewens is stabiele oortolligheid ook moontlik vir gedeeltelike dominansie waar alle homosigote hoë fiksheid het, die dubbele heterosigote 'n laer fiksheid het, die enkel heterosigote nog laer fiksheid het, en ab/ab het die laagste fiksheid.

Klassifikasie van oortolligheid. Dit is nuttig om drie tipes genetiese oortolligheid te onderskei. (1) Ware oortolligheid 1 dui die situasie aan waar 'n individu met 'n oortollige genotipe, AB, is nie fikser as een waarin een van die oortollige gene uitgeslaan is nie, Ab. In model 2, B is werklik oorbodig, maar A is nie. In gevalle met pleiotropie, impliseer 'ware oortolligheid' dat die ten volle oortollige genotipe nie fikser is as 'n genotipe waar die pleiotropiese funksie van een geen uitgeskakel is nie. (2) 'Generiese oortolligheid' is die geval wanneer 'n AB individu is net af en toe fikser as 'n Ab individu. Dit kan die gevolg wees van seldsame ontwikkelingsfoute. Nog 'n moontlikheid is dit AB is net fikser as Ab in sommige omgewings. (3) ‘Amper oortolligheid’ beteken as die oortollige genotipe AB is altyd effens fikser as enige genotipe waar een van die oortollige gene uitgeslaan is. Natuurlik moet die fiksheidsverskil klein wees as die situasie as een van oortolligheid beskou moet word. Verskeie sulke voorbeelde is voorheen bespreek 5 .


Dichotomy of Ribosomal Translational Folding

Meganistiese siening

Verskeie studies dui daarop dat ribosome veelvuldige paaie gebruik om strukturele formasies in ontluikende kettings te bevorder. Ribosome kan heliksformasies bevorder (Woolhead et al., 2004), verdigting van gearresteerde ontluikende kettings (Lu en Deutsch, 2005) en moontlike mede-vertalingsvorming van sekondêre en sommige tersiêre strukture (Evans et al., 2008 Kosolapov en Deutsch, 2009 ). By prokariote behels ko-translasionele vou snellerfaktore en chaperones. In eukariote behels dit hoofsaaklik chaperones en bindende proteïene. Die ribosoomtonnel tree byvoorbeeld op as 'n buis wat uitgebreide konformasies en sekondêre strukture van die peptiedketting kan hanteer. Die tonnelrand bestaan ​​uit RNA en ribosomale proteïene. Hierdie proteïene is interaksieplekke vir ribosoom-geassosieerde faktore wat gebruik word vir teiken, en vou van die peptiedketting. Ladingspesifieke oorblyfsels van ontluikende peptiede vertraag of stop die translasieproses (Kramer et al., 2009). Ander weë is waargeneem om proteïensintese te reguleer en te help met die assosiasie van faktore soos die Seinherkenningspartikel (SRP) (Kramer et al., 2009). Ribosome stuur seine wat die ontluikende ketting en sy posisie in die tonnel met hul oppervlak in verband bring, om sodoende die interaksies met SRP te beheer (Walter en Blobel, 1983 Kramer et al., 2009). Die binding van SRP aan die ontluikende proteïen in eukariote kan die translasieproses stop (Kramer et al., 2009). Ribosomale argitektuur gebruik terugvoer deur tonnelinteraksies en proteïensein om translasievouing te beheer (Marin, 2008).

Chaperones is ook betrokke by de-novo proteïenvouing. Chaperones werk saam met ribosome in die nabyheid van hulle. Hierdie ko-vertalingsaktiwiteite vertoon temporele orkestrasie en tree tipies stroomaf op in die vouproses. Die groot aantal chaperone-meganismes en hul tydelike interaksies met ontluikende polipeptiedkettings koördineer ko-translasionele vou tydens sy groeistadiums. Bakteriese snellerfaktore is ribosoomverwante chaperone. Hulle werk in samewerking met die ontluikende kettings en hul nabyheid aan ribosoomuitgangstonnels. Snellerfaktor-interaksie met die ribosoom en ontluikende ketting is 'n funksie van hul lengte, volgorde en voustatus (Kaiser et al., 2006 Raine et al., 2006). Deur die tempo van vou te verminder in vitro en in vivo, is getoon dat snellerfaktore die vou van model multi-domein substrate verbeter (Agashe et al., 2004). Prokariote gebruik ribosoomgebonde chaperoon-snellerfaktore. Eukariote gebruik faktore soos J, Hsp70, Hsp 40 en ontluikende ketting-geassosieerde komplekse (NAC) proteïen-gebaseerde stelsels saam met ander sulke meganismes.

Co-TP kan ook geïnduseer word in reaksie op omgewingstres (Liu et al., 2013). Pouse laat selle toe om aan te pas by veranderende omgewingstoestande soos hittestres. Hierdie pouse is waargeneem waar die ontluikende polipeptied uit die ribosomale uitgangstonnel kom. Dit het die effek om chaperone-operasie deur 'n dominant-negatiewe mutant of ander chemiese inhibeerders te inhibeer. Dit dui op 'n dubbele rol vir chaperones vir beide verlenging en mede-TP (Liu et al., 2013). Studies het getoon dat ribosome's die verlengingsproses kan verfyn deur die intersellulêre omgewing te bespeur en daarop te reageer.

Interne beheer (nukleotiedrangskikking)

TP van ontluikende proteïene is ook gekoppel aan die rangskikking van nukleotiede in die mRNA sowel as dele van nukleotiedkoderende streke wat proteïensintese destabiliseer of beëindig. Pouse kan geïnduseer word deur mRNA-struktuur (Somogyi et al., 1993), SRP-binding (Lipp et al., 1987), mRNA-bindende proteïene, seldsame kodons (Varenne et al., 1984) en anti-Shine-Dalgarno (aSD) ) kodonvolgordes (Li et al., 2012). Dit is getoon dat die vervanging van seldsame kodons met meer volop kodons in Escherichia coli of Saccharomyces cerevisiae het gelei tot vinniger proteïenvertalingstempo's. Maar hierdie faktore verminder ook die aktiwiteit van daardie proteïene nadelig (Crombie et al., 1992 Komar et al., 1999). Hierdie stille mutagenese het gelei tot 20% laer spesifieke aktiwiteit wat gelei het tot verhoogde vlakke van verkeerde vou. Verder is dit getoon dat die voudoeltreffendheid van 'n multi-domein proteïen in E coli is versteur deur sinonieme vervangings van seldsame kodons deur oorvloedige tRNA's (Zhang et al., 2009). Data toon egter dat met vaste vlakke van tRNA's, sinoniem gekodeerde mRNA's met verskillende spoed vertaal (Sorensen et al., 1989 Sorensen en Pedersen, 1991 Li et al., 2012). Byvoorbeeld, 'n stille mutasie in die menslike geen ABCB1 het veroorsaak dat 'n konformasieverandering in die P-glikoproteïen plaasgevind het. Hierdie proteïen het anders gevou wat veroorsaak word deur 'n tydelike verandering in translasie wat die tydsberekening van die vouproses beïnvloed (Kimchi-Sarfaty et al., 2007). Dus word die proteïenvoupaaie beïnvloed deur veranderinge in die koderende streke van DNA.

'n Voorbeeld van partikelbinding aan die mRNA kan gevind word in die 249 nukleotied-gebied van c-myc mRNA bekend as koderende streek-onstabiliteitsdeterminant (CRD) (Lemm en Ross, 2002). Daar is veronderstel dat TP in die CRD-streek voorkom, wat veroorsaak dat stroomaf streke van die c-myc-mRNA vatbaar is vir endonuklease-splyting (Lemm en Ross, 2002). Hierdie aanval kan tydens die pouse-tyd plaasvind, tensy sekere bindende proteïene (CRD-BP) aan hierdie streek geheg is wat dit van die endonuklease-proses beskerm. Die pouse-plekke kom binne die CRD c-myc-streek voor en word gekarteer na seldsame arginien (CGA) en aangrensende treonien (ACA) kodons (Lemm en Ross, 2002). Data van Lemm (Lemm en Ross, 2002) toon dat pouse plekke ook by verskillende kodons binne die CRD voorkom. Die eerste arginienkodon is egter die sterkste plek. Die verandering van beide die arginien CGA en treonien ACA kodon na meer algemene sinonieme kodons het nie die ribosoom laat breek nie. Dit ondersteun die bewering dat die CGA- en ACA-kodons 'n pouse-plek is (Lemm en Ross, 2002), aangesien CGA en ACA 'n pouse produseer, terwyl die vervanging van hulle met sinonieme kodons geen pouse-effek veroorsaak het nie.

Onlangse werk het voortgebou op die bogenoemde waarnemings wat 'n sterk verwantskap toon tussen spesifieke rangskikkings van kodons in mRNA en die translasietempo (Li et al., 2012). Kodonpare binne die koderingsstreke wat soortgelyk is aan Shine Dalgarno (SD) rye het 'n direkte korrelasie met TP getoon. By bakterieë word die aanvang van die translasieproses voorafgegaan deur die verkryging van 'n ses-nukleotied-elementvolgorde bekend as die SD-volgorde. Normaalweg gaan hierdie SD-volgorde die koderende gebied van die mRNA-transkripsie vooraf en laat ribosoombinding by die beginkodon toe (Chen et al., 1994). Die SD-volgorde is oor die algemeen stroomop van die beginkodon AUG (Shine en Dalgarno, 1975). Die translasietempo is 'n funksie van die hibridisasie vrye energie van 'n heksanukleotied na 'n aSD volgorde in die 16S rRNA van die ribosoom. Hierdie nie-eenvormige tariewe is afhanklik van ingebedde kode (in die vorm van soortgelyke aSD-volgordes) binne die liggaam van die koderende streke van die genetiese boodskap vervat in die mRNA-transkripsie (Li et al., 2012). Daar is getoon dat verbygaande pouses ko-translasievouing van die ontluikende proteïen beïnvloed deur die verlengingsproses te moduleer (Li et al., 2012). Hierdie tydelike beheer speel 'n groot rol in die voorskryf van proteïenfunksionaliteit.

TP is tot dusver in baie min nie-bakteriese spesies bestudeer. Shalgi et al. (2013) het bewyse van TP gerapporteer wat lei tot verlengingspouse as gevolg van hitteskokgebeure in beide muis- en menslike selle. Verkeerde vou van proteïene in beide die sitoplasma, en tydens translasie, veroorsaak dat die sel reageer deur die gebruik van 'n op-gereguleerde uitdrukking van hitteskokproteïene. Tydens 'n hittestresgebeurtenis word TP in die ribosoom rondom kodon 65 in die meeste muis- en menslike selle geïnisieer. Daar is voorgestel dat hierdie genoomwye verskynsel ribosoomverwante chaperones behels. Regulerende meganismes kan betrokke wees by TP rondom kodon 65 van die meeste van die geen se mRNA's, wat lei tot verlengingspouse waarin 'n spesifieke klas chaperones aangewend word om te reageer op hitte-geïnduseerde verkeerde vou (Richter et al., 2010). Dit moet nog gesien word of kodons by kodonposisie 65 temporale afstemming vertoon as 'n funksie van kodonoortolligheid.

Gemeenskaplike draad tussen meganistiese en interne beheer

'n Gemeenskaplike draad bestaan ​​tussen die meganiese uitvoering van die vouproses (uitgangtonnel/faktore/chaperones) tot interne mRNA-prosesse betrokke by vou van die ontluikende proteïen. Ons argumenteer dat die oorsaaklike verband met ko-translasievouing te wyte is aan 'n voorgeskrewe rangskikking van kodons binne die mRNA. Ons baseer dit op die feit dat vir snellerfaktore, chaperones en bindende proteïene almal verband hou met die ontluikende aminosuurkettingvolgorde. Aminosuurvolgorde, as gevolg daarvan, dui op mRNA-volgorde. Ons beweer verder dat die interaksies met translasiepouse teruggevoer kan word na die spesifieke rangskikkings van oortollige kodons in die mRNA, en uiteindelik na die genoom. Ons stel voor dat die pouse-funksies vergemaklik word deur eers 'n pouse-toestand te genereer in die vertaling van die mRNA-kodons binne die ribosoom. Dit gee proteïenfaktore, snellerfaktore en ander chaperones die nodige tyd om meganies voubewerkings uit te voer.

“Pausingsfunksie” word veroorsaak deur spesifieke mRNA-kodonvolgordes eerder as deur tonnel-proteïeninteraksies met aminosuurvolgorde. Hierdie bewering word ondersteun deur data wat die vervanging van seldsame kodons met sinonieme kodons in behels E coli. As die pouse-effek uitsluitlik verband hou met die aminosuurkettingvolgorde, dan behoort die vervanging van kodons met sinonieme kodons steeds dieselfde gevoude aminosuurketting met dieselfde translasiespoed te produseer. Vervanging van seldsame kodons met sinonieme kodons het egter wel 'n verandering in spoed en konformasieveranderinge veroorsaak (Gong en Yanofsky, 2002 Lemm en Ross, 2002 Chiba et al., 2011 Li et al., 2012).

Globale analise in bakterieë dui aan dat 70% van sterk pouse plaasvind wanneer interne SD-agtige rye dominant is in die koderende streke (Li et al., 2012). Daar moet kennis geneem word dat kanonieke SD-terreine binne die liggaam van die koderingstreke skaars is in teenstelling met lae-affiniteit heksamere wat veranderlike voorkomskoerse het. Hierdie logika strook met die hipotese dat TP-oorsaaklikheid te wyte is aan die kodonvolgorde, wat uiteindelik na die genoom teruggevoer kan word. Hierdie oorsaak en gevolg-verwantskap verskaf 'n samehangende verklaring vir die oorsaaklikheid van die TP-verskynsel.

Deur hierdie redenasie te gebruik, het ons SD-volgorde ondersoek in mRNA wat translasiepouse binne die ribosoom dryf. Ons het hierdie verskynsel ondersoek om te bepaal of 'n kode betrokke is, met die inherente oortolligheid van die genetiese kode. Ons het hierdie data in detail ondersoek en sal wys dat dit die eienskappe van 'n kode vertoon wat gebruik word om proteïenvou toe te laat. Ons sal wys dat hierdie kode in dieselfde ontologiese voorskriftelike inligting (PIo) ruimte as die genetiese kode wat in die proteïensinteseproses gebruik word. Hierdie dubbele gebruik van dieselfde kode binne die koderende streke van gene sou normaalweg semioties beheer word as elke kodon slegs een kartering na sy ooreenstemmende aminosuur het. Dit is egter bekend dat die genetiese kode oortollig is, wat beteken dat verskeie kodons dieselfde aminosuur kan voorskryf. Ons sal wys dat hierdie oortolligheid presies is wat die dubbele funksionaliteit van die genetiese kode toelaat om gelyktydige funksies binne dieselfde koderingsruimte te enkodeer, en om dieselfde string nukleotiede sonder onduidelikheid te gebruik. Sodoende wys ons hoekom die term �generasie” heeltemal onvanpas is. Die dubbele koderingsfunksionaliteit van oortolligheid is allesbehalwe �generate.” Dit verteenwoordig eerder baie meer sofistikasie, lae en dimensies van formele voorskrif.

We posit that the translation pausing function is enabled by a code that is superimposed upon the genetic code, yet remains distinct and independent from the genetic code. We further posit that the genetic code consist of multi-threads of information co-existing in the same physical space which is made possible by the redundancy of the genetic code itself. To support these propositions we begin by examining the data for aSD hexamer sequences to determine the logic and rules that give it the property of code.


Genetic code redundancy and its influence on the encoded polypeptides

The genetic code is said to be redundant in that the same amino acid residue can be encoded by multiple, so-called synonymous, codons. If all properties of synonymous codons were entirely equivalent, one would expect that they would be equally distributed along protein coding sequences. However, many studies over the last three decades have demonstrated that their distribution is not entirely random. It has been postulated that certain codons may be translated by the ribosome faster than others and thus their non-random distribution dictates how fast the ribosome moves along particular segments of the mRNA. The reasons behind such segmental variability in the rates of protein synthesis, and thus polypeptide emergence from the ribosome, have been explored by theoretical and experimental approaches. Predictions of the relative rates at which particular codons are translated and their impact on the nascent chain have not arrived at unequivocal conclusions. This is probably due, at least in part, to variation in the basis for classification of codons as "fast" or "slow", as well as variability in the number and types of genes and proteins analyzed. Recent methodological advances have allowed nucleotide-resolution studies of ribosome residency times in entire transcriptomes, which confirm the non-uniform movement of ribosomes along mRNAs and shed light on the actual determinants of rate control. Moreover, experiments have begun to emerge that systematically examine the influence of variations in ribosomal movement and the fate of the emerging polypeptide chain.


Verwysings

Amoeba Sisters. (2019, September 17). How to read a codon chart. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=LsEYgwuP6ko&feature=youtu.be

Bozeman Science. (2012, September 15). Comparing DNA sequences. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=OSKwuOccAak&feature=youtu.be

Wikipedia contributors. (2020, July 2). Marshall Warren Nirenberg. In Wikipedia. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Marshall_Warren_Nirenberg&oldid=965562106

Die kleinste eenheid van lewe, bestaande uit ten minste 'n membraan, sitoplasma en genetiese materiaal.

'n Nukleïensuur waarvan baie verskillende soorte nou bekend is, insluitend boodskapper-RNA, oordrag-RNA en ribosomale RNA.

'n Volgorde van 3 DNA- of RNA-nukleotiede wat ooreenstem met 'n spesifieke aminosuur of stopsein tydens proteïensintese.

Aminosure is organiese verbindings wat kombineer om proteïene te vorm.

Die spesifieke plek in DNS waar 'n stel kodons vir 'n sekere proteïen sal kodeer. Die leesraam begin met die beginkodon (AUG).

Deoksiribonukleïensuur - die molekule wat genetiese instruksies dra vir die ontwikkeling, funksionering, groei en voortplanting van alle bekende organismes en baie virusse.

'n Groot familie RNA-molekules wat genetiese inligting van DNS na die ribosoom oordra, waar hulle die aminosuurvolgorde van die proteïenprodukte van geenuitdrukking spesifiseer.


Inhoud

There are many theories behind the origin of genetic codes. The genetic code used by all known forms of life is nearly universal. However, there are a huge number of possible genetic codes. If amino acids are randomly associated with triplet codons, there will be 1.5 x 10 84 possible genetic codes. Phylogenetic analysis of transfer RNA suggests that tRNA molecules evolved before the present set of aminoacyl-tRNA synthetases.

Theoretically the genetic code could be completely random (a "frozen accident"), completely non-random (optimal) or a combination of random and nonrandom. There are sufficient data to refute the first possibility. For a start, a quick view on the table of the genetic code already shows a clustering of amino acid assignments. Furthermore, amino acids that share the same biosynthetic pathway tend to have the same first base in their codons, and amino acids with similar physical properties tend to have similar codons.

There are four themes running through the many theories that seek to explain the evolution of the genetic code (and hence the origin of these patterns):

1. Chemical principles govern specific RNA interaction with amino acids. Aptamer experiments showed that some amino acids have a selective chemical affinity for the base triplets that code for them. Recent experiments show that of the 8 amino acids tested, 6 show some RNA triplet-amino acid association. This has been called the stereochemical code. The stereochemical code could have created an ancient core of assignments. The current complex translation mechanism involving tRNA and associated enzymes may be a later development, and that originally, protein sequences were directly templated on base sequences.

2. Biosynthetic expansion. The standard modern genetic code grew from a simpler earlier code through a process of "biosynthetic expansion". Here the idea is that primordial life "discovered" new amino acids (e.g., as by-products of metabolism) and later back-incorporated some of these into the machinery of genetic coding. Although much circumstantial evidence has been found to suggest that fewer different amino acids were used in the past than today, precise and detailed hypotheses about exactly which amino acids entered the code in exactly what order have proved far more controversial.

3. Natural selection has led to codon assignments of the genetic code that minimize the effects of mutations. A recent hypothesis suggests that the triplet code was derived from codes that used longer than triplet codons. Longer than triplet decoding has higher degree of codon redundancy and is more error resistant than the triplet decoding. This feature could allow accurate decoding in the absence of highly complex translational machinery such as the ribosome.

4. Information channels: Information-theoretic approaches see the genetic code as an error-prone information channel. The inherent noise (i.e. errors) in the channel poses the organism with a fundamental question: how to construct a genetic code that can withstand the impact of noise while accurately and efficiently translating information? These “rate-distortion” models suggest that the genetic code originated as a result of the interplay of the three conflicting evolutionary forces: the needs for diverse amino-acids, for error-tolerance and for minimal cost of resources. The code emerges at a coding transition when the mapping of codons to amino-acids becomes nonrandom. The emergence of the code is governed by the topology defined by the probable errors and is related to the map coloring problem.

Ribonucleic acid (RNA) with two repeating units (UCUCUCU → UCU CUC UCU) produced two alternating amino acids. This, combined with the Nirenberg and Leder experiment, showed that UCU codes for Serine and CUC codes for Leucine. RNAs with three repeating units (UACUACUA → UAC UAC UAC, or ACU ACU ACU, or CUA CUA CUA) produced three different strings of amino acids. RNAs with four repeating units including UAG, UAA, or UGA, produced only dipeptides and tripeptides thus revealing that UAG, UAA and UGA are stop codons. With this, Khorana and his team had established that the mother of all codes, the biological language common to all living organisms, is spelled out in three-letter words: each set of three nucleotides codes for a specific amino acid. Their Nobel lecture was delivered on December 12, 1968. To do this Khorana was also the first to synthesize oligonucleotides, that is, strings of nucleotides.

The table of Genetic Code Edit

2nd base
T C A G
1st base T TTT (Phe/F) Phenylalanine TCT (Ser/S) Serine TAT (Tyr/Y) Tyrosine TGT (Cys/C) Cysteine
TTC (Phe/F) Phenylalanine TCC (Ser/S) Serine TAC (Tyr/Y) Tyrosine TGC (Cys/C) Cysteine
TTA (Leu/L) Leucine TCA (Ser/S) Serine TAA Ochre (Stop) TGA Opal (Stop)
TTG (Leu/L) Leucine TCG (Ser/S) Serine TAG Amber (Stop) TGG (Trp/W) Tryptophan
C CTT (Leu/L) Leucine CCT (Pro/P) Proline CAT (His/H) Histidine CGT (Arg/R) Arginine
CTC (Leu/L) Leucine CCC (Pro/P) Proline CAC (His/H) Histidine CGC (Arg/R) Arginine
CTA (Leu/L) Leucine CCA (Pro/P) Proline CAA (Gln/Q) Glutamine CGA (Arg/R) Arginine
CTG (Leu/L) Leucine CCG (Pro/P) Proline CAG (Gln/Q) Glutamine CGG (Arg/R) Arginine
A ATT (Ile/I) Isoleucine DAAD (Thr/T) Threonine AAT (Asn/N) Asparagine AGT (Ser/S) Serine
ATC (Ile/I) Isoleucine ACC (Thr/T) Threonine AAK (Asn/N) Asparagine AGC (Ser/S) Serine
ATA (Ile/I) Isoleucine ACA (Thr/T) Threonine AAA (Lys/K) Lysine AGA (Arg/R) Arginine
ATG (Met/M) Methionine ACG (Thr/T) Threonine AAG (Lys/K) Lysine AGG (Arg/R) Arginine
G GTT (Val/V) Valine GCT (Ala/A) Alanine GAT (Asp/D) Aspartic acid GGT (Gly/G) Glycine
GTC (Val/V) Valine GCC (Ala/A) Alanine GAC (Asp/D) Aspartic acid GGC (Gly/G) Glycine
GTA (Val/V) Valine GCA (Ala/A) Alanine GAA (Glu/E) Glutamic acid GGA (Gly/G) Glycine
GTG (Val/V) Valine GCG (Ala/A) Alanine GAG (Glu/E) Glutamic acid GGG (Gly/G) Glycine
nonpolar polêr basies suur (stop codon)

Degeneracy is the redundancy of the genetic code. The genetic code has redundancy but no ambiguity ( above for the full correlation). For example, although codons GAA and GAG both specify glutamic acid (redundancy), neither of them specifies any other amino acid (no ambiguity). The codons encoding one amino acid may differ in any of their three positions. For example the amino acid glutamic acid is specified by GAA and GAG codons (difference in the third position), the amino acid leucine is specified by UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codons (difference in the first or third position), while the amino acid serine is specified by UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (difference in the first, second or third position).

A position of a codon is said to be a fourfold degenerate site if any nucleotide at this position specifies the same amino acid. For example, the third position of the glycine codons (GGA, GGG, GGC, GGU) is a fourfold degenerate site, because all nucleotide substitutions at this site are synonymous i.e., they do not change the amino acid. Only the third positions of some codons may be fourfold degenerate. A position of a codon is said to be a twofold degenerate site if only two of four possible nucleotides at this position specify the same amino acid. For example, the third position of the glutamic acid codons (GAA, GAG) is a twofold degenerate site. In twofold degenerate sites, the equivalent nucleotides are always either two purines (A/G) or two pyrimidines (C/U), so only transversional substitutions (purine to pyrimidine or pyrimidine to purine) in twofold degenerate sites are nonsynonymous.

A position of a codon is said to be a non-degenerate site if any mutation at this position results in amino acid substitution. There is only one threefold degenerate site where changing to three of the four nucleotides may have no effect on the amino acid (depending on what it is changed to), while changing to the fourth possible nucleotide always results in an amino acid substitution. This is the third position of an isoleucine codon: AUU, AUC, or AUA all encode isoleucine, but AUG encodes methionine. In computation this position is often treated as a twofold degenerate site.

There are three amino acids encoded by six different codons: serine, leucine, and arginine. Only two amino acids are specified by a single codon. One of these is the amino-acid methionine, specified by the codon AUG, which also specifies the start of translation the other is tryptophan, specified by the codon UGG. The degeneracy of the genetic code is what accounts for the existence of synonymous mutations.

Degeneracy results because there are more codons than encodable amino acids. For example, if there were two bases per codon, then only 16 amino acids could be coded for (4²=16). Because at least 21 codes are required (20 amino acids plus stop), and the next largest number of bases is three, then 4³ gives 64 possible codons, meaning that some degeneracy must exist.

These properties of the genetic code make it more fault-tolerant for point mutations. For example, in theory, fourfold degenerate codons can tolerate any point mutation at the third position, although codon usage bias restricts this in practice in many organisms twofold degenerate codons can tolerate one out of the three possible point mutations at the third position. Since transition mutations (purine to purine or pyrimidine to pyrimidine mutations) are more likely than transversion (purine to pyrimidine or vice-versa) mutations, the equivalence of purines or that of pyrimidines at twofold degenerate sites adds a further fault-tolerance.

Despite the redundancy of the genetic code, single point mutations can still cause dysfunctional proteins. For example, a mutated hemoglobin gene causes sickle-cell disease. In the mutant hemoglobin a hydrophilic glutamate (Glu) is substituted by the hydrophobic valine (Val), that is, GAA or GAG becomes GUA or GUG. The substitution of glutamate by valine reduces the solubility of Beta globulins|β-globin which causes hemoglobin to form linear polymers linked by the hydrophobic interaction between the valine groups, causing sickle-cell deformation of erythrocytes. Sickle-cell disease is generally not caused by a De novo mutasie. Rather it is selected for in geographic regions where malaria is common (in a way similar to thalassemia), as heterozygous people have some resistance to the malarial Plasmodium parasite (heterozygote advantage). [5]

These variable codes for amino acids are allowed because of modified bases in the first base of the anticodon of the tRNA, and the base-pair formed is called a wobble base pair. The modified bases include inosine and the Non-Watson-Crick U-G basepair. [6]

Initiation or Start Codon Edit

The start codon is generally defined as the point, sequence, at which a ribosome begins to translate a sequence of RNA into amino acids. When an RNA transcript is "read" from the 5' carbon to the 3' carbon by the ribosome the start codon is the first codon on which the tRNA bound to Met, methionine, and ribosomal subunits attach. ATG and AUG denote sequences of DNA and RNA, respectively, that are the start codon or initiation codon encoding the amino acid methionine (Met) in eukaryotes and a modified Met (fMet) in prokaryotes. The principle called the Central dogma of molecular biology describes the process of translation of a gene to a protein. Specific sequences of DNA act as a template to synthesize mRNA in a process termed "transcription" in the nucleus. This mRNA is exported from the nucleus into the cytoplasm of the cell and acts as a template to synthesize protein in a process called "translation." Three nucleotide bases specify one amino acid in the genetic code, a mapping encoded in the tRNA of the organism. The first three bases of the coding sequence (CDS) of mRNA to be translated into protein are called a start codon or initiation codon. The start codon is almost always preceded by an untranslated region 5' UTR. The start codon is typically AUG (or ATG in DNA this also encodes methionine). Very rarely in higher organisms (eukaryotes) are non AUG start codons used. In addition to AUG, alternative start codons, mainly GUG en UUG are used in prokaryotes. For example E. coli uses 83% ATG (AUG), 14% GTG (GUG), 3% TTG (UUG) and one or two others (e.g., ATT and CTG).

Termination or Stop codon Edit

In the genetic code, a stop codon (also known as termination codon) is a nucleotide triplet within messenger RNA that signals a termination of translation. Proteins are based upon polypeptides, which are unique sequences of amino acids and most codons in messenger RNA correspond to the addition of an amino acid to a growing polypeptide chain, which may ultimately become a protein — stop codons signal the termination of this process, releasing the amino acid chain.

Stop codons were historically given many different names, as they each corresponded to a distinct class of mutants that all behaved in a similar manner. These mutants were first isolated within bacteriophages (T4 and lambda), viruses that infect the bacteria Escherichia coli. Mutations in viral genes weakened their infectious ability, sometimes creating viruses that were able to infect and grow within only certain varieties of E coli.

1. Amber mutations were the first set of nonsense mutations to be discovered. They were isolated by Richard Epstein and Charles Steinberg, but named after their friend Harris Bernstein (see Edgar pgs. 580-581 [7] ) for the story behind this incident)

Viruses with amber mutations are characterized by their ability to infect only certain strains of bacteria, known as amber suppressors. These bacteria carry their own mutation that allow a recovery of function in the mutant viruses. For example, a mutation in the tRNA that recognizes the amber stop codon allows translation to "read through" the codon and produce full-length protein, thereby recovering the normal form of the protein and "suppressing" the amber mutation. Thus, amber mutants are an entire class of virus mutants that can grow in bacteria that contain amber suppressor mutations.

2.Ochre Ochre mutation was the second stop codon mutation to be discovered. Given a color name to match the name of amber mutants, ochre mutant viruses had a similar property in that they recovered infectious ability within certain suppressor strains of bacteria. The set of ochre suppressors was distinct from amber suppressors, so ochre mutants were inferred to correspond to a different nucleotide triplet. Through a series of mutation experiments comparing these mutants with each other and other known amino acid codons, Sydney Brenner concluded that the amber and ochre mutations corresponded to the nucleotide triplets "UAG" and "UAA". [8]

3. Opal mutations or umber mutations the third and last stop codon in the standard genetic code was discovered soon after, corresponding to the nucleotide triplet "UGA". Nonsense mutations that created this premature stop codon were later called opal mutations or umber mutations.

In RNA: UAG ("amber") UAA ("ochre") UGA ("opal")

In DNA: TAG ("amber") TAA ("ochre") TGA ("opal" or "umber").

Exceptions to the Universal Genetic Code (UGC) in mitochondria
Organisme Codon Standaard Boek
Soogdier AGA, AGG Arginien Stop codon
AUA Isoleusien Metionien
UGA Stop codon Triptofaan
Invertebrate AGA, AGG Arginien Serine
AUA Isoleusien Metionien
UGA Stop codon Triptofaan
Gis AUA Isoleusien Metionien
UGA Stop codon Triptofaan
CUA Leusien Threonine

Exceptions to the genetic code: Although the vast majority of living organisms today use the standard genetic code, geneticists have discovered a few variations on this code. Moreover, these variants are found in different evolutionary lineages and consist of different translations of a few codons.

The CUG codon, usually translated as leucine , corresponds to the serine 2 in many species of fungi Candida 3 .

Many species of green algae of the genus Acetabularia use stop codons UAG and UAA to encode glycine .

Many ciliates like Paramecium tetraurelia , Tetrahymena thermophila or Stylonychia 4 lemnae use codons UAG and UAA to code for glutamine instead of stop. UGA is the one stop codon used by these cells.

The ciliate Euplotes octocarinatus uses the codon UGA to encode cysteine, leaving UAG and UAA as stop signs.

In the three kingdoms of life , we sometimes find a twenty-first amino acid, selenocysteine , encoded by the UGA codon (normally a stop codon).

In archaea and eubacteria , a twenty-second amino acid, pyrrolysine is sometimes met, encoded by UAG (also usually a stop codon).

The first amino acid incorporated (determined by the start codon AUG) is a methionine in most eukaryotes , more rarely a valine (in some eukaryotes ), and formyl-methionine in most prokaryotes . In addition, this codon is GUG or GUU sometimes in some prokaryotes.

We therefore believe that life today originally had a smaller number of amino acids. These amino acids have been modified and have seen their numbers increase (by a phenomenon similar to the formation of sélénocytéine and pyrrolysine derived from serine and lysine, respectively, modified as they are on their transfer RNA on the ribosome .) These new amino acids were then used a subset of transfer RNAs and their associated coding. Maybe we notice signs of this phenomenon with glutamine , which in some bacteria, derived from glutamate still attached to its tRNA.

Another exception: the code is sometimes ambiguous. For example, the codon UGA is in the same organism ( Escherichia coli , for example) sometimes code for the 21st amino acid mentioned above ( selenocysteine ) or "stop".



Kommentaar:

  1. Nikolas

    Great, this is very valuable information.

  2. Macray

    Ek wens baie goeie denke

  3. Whitelaw

    wysheid is nie 'n hindernis vir oulik nie



Skryf 'n boodskap