Kod genetyczny – sposób zapisu informacji genetycznej. Określa, w jaki sposób sekwencja RNA jest tłumaczona na sekwencję informacji w białku. Przyporządkowuje trójką nukleotydów w RNA znaczenie. Błędne jest stwierdzenie: poznanie kodu genetycznego jakiegoś organizmu (tak naprawdę chodzi o genom, a kod genetyczny jest ciągle ten sam).
Cechy kodu genetycznego:
1. Trójkowy – kodony = trójki nukleotydów, zapisują aminokwasy
2. Jednoznaczny – każda trójka ma jednoznaczne znaczenie, jedna trójka może zapisywać tylko jedną informację
3. Zdegenerowany – jeden aminokwas może być zapisywany przez różne trójki nukleotydów (tylko tryptofan i metionina są zapisywane tylko przez jeden kodon)
4. Występują kodony przestankowe = kodony stop – UAA, UAG, UGA- nie istnieją dla nich w komórce tRNA, nie zapisują aminokwasów, ich znaczenie – terminują, kończą translację
5. Nieuniwersalny (czasami też jest pisane, że jest uniwersalny;)) – z drobnym przybliżeniem jest uniwersalny. Przez długi czas sądzono, że jest to kod uniwersalny. Dopiero w 1970 wykazano, że nie jest uniwersalny (Sanger – podwójny noblista; 1958 – metody sekwencjonowania białek; 1970 – opracowanie metod analizy sekwencji DNA – stąd metoda Sangera – stwierdzili, że znaczenie genomów jest inne w genomie mitochondrialnym – np. zamiast kodonu stopu, ten kodon koduje tryptofan). Wyjątki od tej reguły są skatalogowane, odczytywanie kodonu w zależności od kontekstu – tylko w niektórych warunkach odczytywanie tych kodonów jest zmienione.
Gen ulega transkrypcji – powstaje mRNA (5’à3’) – na obu końcach istnieją odcinki nie podlegające translacji: 5’ UPR, 3’ UTR; translatowany jest tylko fragment mRNA pomiędzy nimi. Ich długość jest różna dla różnych mRNA. Translacja kończy się w miejscu przy kodonie stop, a rozpoczyna w miejscu inicjatorowym, miejscu inicjacji (zwykle AUG, kodon metioniny; oprócz tego mogą być GUG i UUG – walina i leucyna)
Kod trójkowy został określony na zasadzie dedukcji przez Marshalla Nirenberga wraz z jego znajomym matematykiem. To on zasugerował, że kod musi być trójkowy. Powstała hipoteza. Dwójkowy i jedynkowy kod nie wyczerpywałby wszystkich możliwości.
W jaki sposób można było to sprawdzić?
Sprawdzono znaczenie najprostszego kodonu, czyli UUU. Chemicy zsyntetyzowali polimer składający się z samych UUU. Poprzez to powinno powstać białko w warunkach laboratoryjnych składające się tylko z jednego typu aminokwasu. Tym aminokwasem była fenyloalanina. UUU zawsze znajduje się po lewej stronie (bo był pierwszy). W podobny sposób przypisano znaczenie pozostałym kodonom.
Często przyjmuje się, że kod genetyczny jest uniwersalny. Ekspresja genu eukariotycznego w komórce prokariotycznej (np. wytwarzanie insuliny w komórkach bakteryjnych). Gdyby kod genetyczny nie był uniwersalny, wtedy ten eksperyment nie byłby możliwy. Można też wprowadzać zmiany w kodzie genetycznym i spodziewać się rezultatów w postaci wytwarzanych białek (znowu uniwersalność kodu).
FUNKCJE BIAŁEK – ogromna różnorodność
1. Kataliza biochemiczna – enzymy
2. Struktura – np. białka budujące cytoszkielet komórki, tworzące strukturę włosów
3. Ruch – struktur wewnątrzkomórkowych jak i całych organizmów, (białka kurczliwe: aktyna, miozyna)
4. Transport – transport w osoczu (zależy od np. albuminy – transportuje wiele substancji: tłuszcze, hormony), ale też białka transportujące substancje do wnętrza komórki (kanały i pompy błonowe)
5. Regulacja procesów komórkowych – białka sygnałowe, wiele z nich działa w ten sposób, że reagują z sekwencjami genów i kontrolują ich ekspresję
6. Ochrona organizmu – chronią np. przed czynnikami wywołującymi reakcję alergiczną, przeciwciała, biorące udział w krzepnięciu krwi
7. Magazynowanie – np. ferrytyna (gromadzi żelazo w organizmach eukariotycznych)
Aminokwasy posiadają różne grupy funkcyjne – łączone w różnych sekwencjach i o różnej długości à skutkuje to posiadaniem różnorodnych białek pełniących różnorodne funkcje
EUKARIOTYCZNE GENOMY JĄDROWE
Genom jądrowy – zbiór liniowych cząsteczek DNA, które są obecne w chromosomach (brak wyjątków). Zmienność dotyczy liczby chromosomów (przynajmniej dwa). Nie ma jednak zależności pomiędzy złożonością organizmu a liczbą chromosomów (np. drożdże – 16, muszka owocowa – 4). Liczba chromosomów nie ma też prostego związku z wielkością genomu (niektóre salamandry posiadają genom będący wielokrotnie większy od genomu człowieka, ale jest on podzielony na około dwukrotnie mniej chromosomów)
Z liniowością cząsteczek DNA wiąże się pewien problem (długie cząsteczki (nawet 5cm) o małej średnicy (dwóch zasad)). W jaki sposób dochodzi do kondensacji cząsteczek DNA?
Budowa chromatydy została określona na podstawie eksperymentów:
1. Analiza ochrony przed nukleazą chromatyny izolowanej z jąder komórkowych człowieka. – Chromatynę cechuje wyjątkowa regularność. Eksperyment polegał na: wyizolowaniu chromatynyà poddanie jej działaniu enzymu – nukleazy – trawiącej jedynie DNA. a) enzym użyty w bardzo małej ilości – niewyczerpujące trawienie, nie do końca b) nukleazę użyto w takiej ilości, że całkowicie trawiła chromatynę. W obu przypadkach przebiegało trawienie. Produkty trawienia zbadano za pomocą elektroforezy (polega na poruszaniu się w polu elektrycznym cząsteczek obdarzonych ładunkiem, taką cząsteczką może być białko, ale też DNA oraz kompleksy białka z DNA; elektrofereza wykonywana jest najczęściej w żelu; w jej wyniku następuje rozdział cząsteczek ze względu na wielkość à małe wędrują szybciej niż większe). W przypadku b) jeden rodzaj produktów o długości DNA ok. 140 par zasad a) różne produkty, pasma, których ruchliwość odpowiadała fragmentom DNA o długości 200, 400 par zasad (wielokrotność 200); wynik ten wskazywał na to, że chromatyna musi posiadać regularną strukturę, która jest długości 200 albo więcej par zasad. Następnie przeprowadzono obserwacje w mikroskopie elektronowym. Doprowadziło to do stworzenia modelu chromatyny – struktury regularnej, powtarzającej się – nukleosom (powtarzający się fragment) – kompleks DNA i białek. Każdy nukleosom składa się od 140 do 150 par zasad (wynik trawienia wystarczającego). Połączenia między nukleosomami od 190 do 220 par zasad (wynik trawienia niewystarczającego)
Nukleosom – białka je budujące to histony: H2A, H2B, H3 i H4. W każdym z nukleosomów oktany (osiem histonów, para każdego typu histonu) – taka cząstka to oktamer. Histony H1 – histony łącznikowe – utrzymuje nukleosom w całości, jednak nie jest konieczny (nieraz występuje wewnątrz nukleosomu, nieraz na chromatynie łączącej). Ogony – końce N białek histonowych – zlokalizowane na zewnątrz nukleosomów (niektórzy uważają, że oddziaływania między nimi stabilizują strukturę chromatyny, jednak ich modyfikacje destabilizują strukturę – rozluźnienie struktury)
W czasie interfazy chromatyna występuje w formie włókna chromatynowego (o średnicy 30nm) – jest to struktura z nukleosomami zwinięta w strukturę wyższego rzędu. Może być opisana modelem solenoidu albo spirali. Obserwuje się też chromosomy metafazowe – jeszcze głębsza kondensacja do struktur nie znanych obecnie do końca – skutkuje to skondesnowaniem 5cm DNA tak, że może występować w komórce człowieka, skondensowaniem do chromosomu (chromosomy metafazowe są obserwowane pod mikroskopem świetlnym).
Chromosomy są utrzymywane jako całość dzięki centromerowi (jego położenie wydziela ramię długie i krótkie, co charakteryzuje poszczególne chromosomy), charakterystyczne też są sekwencje telomerowe (są różnej długości, położone są na końcach chromosomów)
Do charakteryzowania chromosomów stosuje się różne techniki barwienia (charakterystyczny rozkład prążków na chromosomach np. prążki G – ciemne pasma bogate w sekwencje AT, a jasne GC). Każda z nich daje charakterystyczny obraz dla danego chromosomu. Obserwując rozkład prążków a także długość ramienia długie i krótkiego można określić, jaki to chromosom. (21 chromosom najmniejszy; Y też względnie mały – występuje w nim bardzo duży fragment heterochromatyny – chromatyny zazwyczaj nieaktywnej, jest bardzo ubogi w geny)
U niektórych organizmów występują minichromosomy (względnie krótkie, ale bogate w geny) np. genom kury – trzydzieści ileś chromosomów, mało genów, ale też 33 minichromosomy (1/3 chromosomów) ale zawierają dużą ilość genów)
Chromosomy B – występują u niektórych osobników danego organizmu (nie w całej populacji) – takie dodatkowe chromosomy u człowieka prowadzą do poważnych zaburzeń i chorób genetycznych, ale u roślin i grzybów (są jakby fragmentem dużych chromosomów w tych organizmach) są cechą korzystną. Ich występowaniu towarzyszy większa śmiertelność organizmów. Preferowane układy, w których nie ma dodatkowych chromosomów B.
Chromosomy holocentryczne – nie mają pojedynczego centromeru tylko ich więcej. Występują u nicieni.
Beretek