הקוד הגנטי
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
הקוד הגנטי הוא אוסף כללים המנחה את תרגום רצפי DNA ו-RNA לרצפי החלבון המקודד על ידם. הקוד הגנטי בא לידי ביטוי בתהליך התרגום (ביולוגיה), שבו מסונתזת מולקולת חלבון על-פי המידע המצוי במולקולת mRNA. בתאי רובם המכריע של היצורים החיים הידועים הקוד הגנטי הוא הקוד הגנטי הסטנדרטי, אך ידועות גם מספר סטיות מקוד זה, למשל בגנום המיטוכונדרי.
הקוד הגנטי בוסס לראשונה על ידי מרשל נירנברג (Marshall W. Nirenberg) מה-NIH. נירנברג גילה את הקשר בין הקודונים לבין חומצות האמינו שהם מקודדים. הר קוהארה (Har Gobind Khorana) שיכלל את שיטותיו של נירנברג, ויחד הם זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 1968.
תוכן עניינים |
[עריכה] ביטוי גני
מקטע ברצף ה-DNA אשר מקודד לשרשרת חלבון נקרא גן. על מנת ליצור מולקולת חלבון, התא יוצר העתק של הגן בצורת מולקולת mRNA שיכולה לעבור דרך מכונת ייצור החלבונים - הריבוזום. רצף מולקולת ה-mRNA מתחלק לשלשות רצופות של נוקלאוטידים הקרויות קודונים. תהליך התרגום מתאים לכל קודון חומצת אמינו בחלבון המסונתז. זהות חומצת האמינו נקבעת על-פי הקוד הגנטי.
מולקולת ה-mRNA בנויה מ-4 סוגי נוקלאוטידים המזוהים על-פי הבסיס החנקני שלהם - אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ואורציל (U). הקוד הגנטי מתאר, כאמור, מעבר משלשה רצופה של נוקלאוטידי RNA לחומצת אמינו אחת. הקוד הגנטי הסטנדרטי מתאר מעבר ל-20 חומצות האמינו השכיחות בטבע, ובנוסף לשלושה קודונים המקודדים לסיום התרגום. כשהריבוזום נתקל בקודון סיום נפסק תהליך התרגום.
קיימים 64 קודונים שונים בקוד הגנטי (ארבעה סוגי נוקלאוטידים בחזקת שלושה נוקלאוטידים המרכיבים כל קודון = 64). 64 קודונים אלו מקודדים ל-21 "סימנים" (20 חומצות אמינו וסיום התרגום). לפיכך נאמר על הקוד הגנטי שהוא מנוון - מספר קודונים שונים מקודדים לאותה חומצת אמינו. בדרך כלל שני קודונים המקודדים לאותה חומצת אמינו זהים האחד לשני בשני הנוקלאוטידים הראשונים ונבדלים בנוקלאוטיד השלישי.
[עריכה] טבלת הקוד הגנטי הסטנדרטי
| הבסיס השני | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||||||
| הראשון הבסיס |
U |
UUU |
UCU |
UAU |
UGU |
||||
| C |
CUU |
CCU |
CAU |
CGU |
|||||
| A |
AUU |
ACU |
AAU |
AGU |
|||||
| G |
GUU |
GCU |
GAU |
GGU |
|||||
[עריכה] קודוני פתיחה וסיום
בתהליך התרגום קיים קודון פתיחה שממנו מתחיל התרגום. הריבוזום סורק את מולקולת ה-mRNA עד שהוא נתקל בקודון ההתחלה. בתאים איקריוטיים קודון ההתחלה הוא תמיד AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. חומצת אמינו זו מוסרת לרוב מן החלבון בסיום תהליך התרגום. התרגום יכול להתחיל גם מקודונים אחרים, כגון UUG ,CUG, ובתאים פרוקריוטיים גם מ-AUU ו-GUG.
בקוד הגנטי הסטנדרטי קיימים 3 קודוני סיום. כאשר הריבוזום נתקל באחד מהקודונים הללו נקשרים אליו גורמי סיום והתרגום מופסק. לקודונים הללו קיימים השמות ההיסטוריים Ochre, Amber ו-Opal. הקודונים הללו התגלו כתוצאה ממוטציות בהם אשר גרמו לתוצר חלבון ארוך מן הרגיל.
[עריכה] ניוון הקוד הגנטי
הקוד הגנטי מנוון, שכן קיימות בו קבוצות של קודונים שונים אשר מקודדים לאותה חומצת אמינו. היתרון בניוון זה הוא בעמידות מסוימת למוטציות. מוטציות ב-DNA אשר אינן משנות את חומצת האמינו שלה מקודד החלבון נקראות מוטציות שקטות. עיקר הניוון הוא בעמדה השלישית של הקודונים (למשל בלאוצין, פרולין, סרין וגליצין). ניוון זה נפוץ במיוחד בשל מבנה ה-tRNA; האנטיקודון שהוא נושא נקשר ביתר חוזקה לקודון של ה-mRNA בשתי העמדות הראשונות בכל קודון. תופעה זה נקראת באנגלית Wobble. בנוסף, ניתן לראות ניוון רב יותר בין קודונים השונים ביניהם בנוקלאוטידים מאותה קבוצה - פורינים (A/G) או פירימידינים (C/T). גם תופעה זו מגבירה את עמידות החומר התורשתי למוטציות, שכן אלו שכיחות יותר בין נוקלאוטידים בעלי מבנה כימי דומה.
[עריכה] אבולוציית הקוד הגנטי
בטבע קיימות אמנם מספר דוגמאות של סטיות מן הקוד הגנטי הסטנדרטי, למשל בקוד הגנטי של המיטוכונדריה, באצות מסוימות ובמיני פרוטוזואה, אבל רוב הייצורים החיים על גבי כדור הארץ חולקים ביניהם קוד גנטי זהה. מסטייה זו חוקרי האבולוציה מניחים שהקוד הסטנדרטי התבסס בשלב מוקדם מאוד של התפתחות החיים. לאחרונה, מחקרים הראו עדויות לכך שלמספר חומצות אמינו קיימת אפיניות (נטייה לקישור כימי) גבוהה יותר לקודונים המקודדים להן. ממצאים אלה עשויים להעיד כי למגנון התרגום המורכב המשתמש ב-tRNA קדם מנגנון פשוט יותר, בו רצף החלבון נבנה ישירות על-גבי חומצות הגרעין. תאוריות אחרות גורסות כי מספר חומצות האמינו ביצורים הקדמונים היה קטן יותר מזה הנצפה על-ידינו היום.
