V bunkách živých organizmov prebieha neustály proces syntézy bielkovín, známy ako proteosyntéza. Tento zložitý dej je riadený genetickou informáciou uloženou v DNA a RNA. Kľúčovú úlohu v tomto procese zohrávajú kodóny, ktoré určujú poradie aminokyselín v novo vznikajúcom polypeptidovom reťazci.
Tabuľka genetického kódu.
Čo je to kodón?
Ako informácia pre zaradenie určitej aminokyseliny do vznikajúceho peptidového reťazca slúžia v DNA (a takisto v jej transkripte, RNA) tri vedľa seba ležiace nukleotidy. Táto trojica nukleotidov - tzv. triplet sa nazýva kodón. Kodón je sekvencia troch nukleotidov (nazývaných v tejto súvislosti triplet) v molekule DNA alebo mRNA, ktoré určujú zaradenie konkrétnej aminokyseliny do polypeptidového reťazca.
Počet kodónov
Keďže bázy sú štyri a každá z nich sa môže nachádzať na jednej z troch pozícií, malo by existovať 64 rôznych kodónov. Z nich však tri nekódujú nijakú aminokyselinu a ich prítomnosť v RNA naznačuje, že v tomto mieste je potrebné syntézu proteínu ukončiť. Aj tak však zostáva 61 rôznych kodónov, pričom poznáme len 21 aminokyselín, ktoré organizmy používajú pre proteosyntézu.
Rozličné kodóny však môžu kódovať tie isté aminokyseliny. Len metionín, tryptofán a selenocysteín majú svoje kodóny jedinečné. Ostatné aminokyseliny sú kódované dvoma, štyrmi až šiestimi rozličnými kodónmi. Určitý kodón kóduje len jednu aminokyselinu, avšak určitá aminokyselina môže byť kódovaná viacerými, rôznymi kodónmi, napríklad arginín, serín a leucín sú kódované každá až šesticou rôznych kodónov.
Prečítajte si tiež: Aminokyseliny a vitamíny pre kone
Genetický kód pozostáva zo 64 kodónov (4³ = 64). Zmysel kodónu je jeho schopnosť kódovať aminokyselinu. Čiže kodónov, ktoré kódujú aminokyseliny, je dohromady 61 (64 bez 3 terminačných kodónov). Proteinogénnych aminokyselín je však len 20. Z toho vyplýva, že niektoré aminokyseliny (nie všetky ale väčšina) sú kódované rôznymi kodónmi (synonymné kodóny). To je umožnené existenciou rôznych tRNA, ktoré majú odlišné antikodóny ale nesú rovnakú aminokyselinu. Táto vlastnosť genetického kódu sa nazýva degenerovanosť.
V tabuľke genetického kódu sa kodóny, ktoré kódujú tú istú aminokyselinu, odlišujú hlavne v tretej pozícii nukleotidu. Ak sa zmenou 3. nukleotidu v kodóne nezmení jeho zmysel, takáto štvorica kodónov sa nazýva kodónová rodina. Dva synonymné kodóny, ktoré majú na 3.
Funkcia kodónov
Funkcia kodónu spočíva v tom, že v procese translácie sa naň pripojí antikodón, čo je sekvencia troch komplementárnych báz v molekule tRNA. Väčšina kodónov je čítaná v rôznych organizmoch od baktérií až po človeka rovnako. Hovoríme preto o tzv. univerzálnom genetickom kóde.
Niektoré kodóny nekódujú žiadnu aminokyselinu, ale majú signalizačnú funkciu. Niekedy sa nazývajú nezmyselné kodóny. Signalizácia je potrebná na vymedzenenie sekvencie mRNA, ktorá bezprostredne súvisí so syntézou proteínov, teda určuje začiatok a koniec syntézy polypeptidového reťazca (pretože nie celá mRNA je prekladaná do sekvencie aminokyselín). Takýto úsek na mRNA, ktorý obsahuje úplnú informáciu pre syntézu polypeptidu, sa nazýva čítací rámec. Začiatok syntézy je určený iniciačným kodónom AUG, ktorý kóduje aminokyselinu metionín (okrem signalizačnej funkcie má teda aj zmysel). Koniec syntézy polypeptidu signalizuje jeden z terminačných kodónov UAA, UAG alebo UGA, ktoré nekódujú žiadnu aminokyselinu.
Medzi dôležité kodóny patria:
Prečítajte si tiež: Esenciálne aminokyseliny a ich úloha
- Iniciačný (AUG) - označuje začiatok syntézy bielkovín a kóduje metionín.
- Terminačný (UGA, UAA, UAG) - označuje koniec syntézy bielkovín pri translácii a nekóduje žiadnu bielkovinu.
Mutácie a kodóny
Génové mutácie sú malé zmeny genetickej informácie, ktoré postihujú malý počet nukleotidov v DNA, väčšinou len jeden. Preto sa nazývajú aj bodové mutácie. Účinok takejto mutácie na gén je rôzny. Mutovaný gén (mutantná alela) si môže zachovať plnú funkčnosť oproti pôvodnému génu, ale tak isto môže jediná mutácia (napr. Predispozícia na genetické ochorenie vznikla už v jadre vajíčka alebo spermie, tzn.
Zmeny na úrovni sekvencie nukleotidov sú prvotnými zmenami, od ktorých sa odrážajú zmeny na ostatných hierarchických úrovniach v prípade, že nastanú v oblasti génu, ktorá priamo slúži na prepis do mRNA (transkripciu) a preklad do primárnej štruktúry polypeptidového reťazca (transláciu). Mutácia môže samozrejme nastať aj na iných úrovniach, ale je nevýznamná, lebo sa týka len jednej molekuly (mRNA alebo proteínu), ale mutácia DNA je vzorom pre každú (!) molekulu mRNA a proteínu, ktorý na jej základe vzniká.
Z hľadiska sekvencie DNA rozoznávame niekoľko typov bodových mutácií:
- substitúcie - zámeny nukleotidu za iný, ktoré sa klasifikujú nasledovne:
- tranzície - zámena purínu za purín alebo pyrimidínu za pyrimidín (napr. C za T)
- transverzie - zámena purínu za pyrimidín alebo opačne (napr.
Mutácie, ktoré prebiehajú v proteín-kódujúcich oblastiach DNA, sa na ďalšom hierarchickom stupni prejavujú zmenou sekvencie kodónov na mRNA. Na základe ich efektu rozlišujeme:
- mutácie so zmenou zmyslu (missense mutation) - zmena kodónu spôsobí zaradenie inej, chemicky značne odlišnej aminokyseliny do polypeptidového reťazca
- neutrálne mutácie - mutácie spôsobujú zámenu jednej aminokyseliny za inú aminokyselinu s podobnými chemickými vlastnosťami, takže zmena je menej výrazná
- tiché mutácie (silent mutation) - na základe degenerovanosti genetického kódu nastáva zaradenie rovnakej aminokyseliny napriek odlišnému kodónu (jedná sa predovšetkým o niektoré substitúcie na 3.
Mutácie, ktoré ovplyvňujú čítanie kodónov na mRNA, sú rozsiahle zmeny vedúce takmer vždy k syntéze nefunkčného proteínu.
Prečítajte si tiež: Výber aminokyselín pre ťažkú prácu
Záver
Kodóny sú základné jednotky genetického kódu, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v procese proteosyntézy. Ich správne čítanie a interpretácia sú nevyhnutné pre zabezpečenie správnej funkcie buniek a celého organizmu.
Genetický kód
tags: #aminokyseliny #najviac #kodonov