الأهمية العملية لفك الشفرة الوراثية. ما هو الكود الجيني: معلومات عامة

في أي خلية أو كائن حي، يتم تحديد جميع السمات التشريحية والمورفولوجية والوظيفية من خلال بنية البروتينات التي تتكون منها. الخاصية الوراثية للجسم هي القدرة على تصنيع بروتينات معينة. توجد الأحماض الأمينية في سلسلة متعددة الببتيد، والتي تعتمد عليها الخصائص البيولوجية.
كل خلية لها تسلسلها الخاص من النيوكليوتيدات في سلسلة متعدد النوكليوتيدات في الحمض النووي. هذا هو الكود الوراثي للحمض النووي. من خلاله يتم تسجيل معلومات حول تركيب بروتينات معينة. توضح هذه المقالة ماهية الشفرة الوراثية وخصائصها ومعلوماتها الوراثية.

القليل من التاريخ

فكرة احتمال وجود شفرة وراثية صاغها ج. جامو وأ. داون في منتصف القرن العشرين. ووصفوا أن تسلسل النوكليوتيدات المسؤول عن تخليق حمض أميني معين يحتوي على ثلاث وحدات على الأقل. في وقت لاحق، أثبتوا العدد الدقيق للنيوكليوتيدات الثلاثة (هذه وحدة من الشفرة الوراثية)، والتي كانت تسمى الثلاثية أو الكودون. هناك أربعة وستين نيوكليوتيدًا في المجمل، لأن جزيء الحمض الذي يتواجد فيه الحمض النووي الريبي (RNA) يتكون من أربعة بقايا نيوكليوتيدات مختلفة.

ما هو الكود الوراثي

إن طريقة تشفير تسلسل بروتينات الأحماض الأمينية بسبب تسلسل النيوكليوتيدات هي سمة مميزة لجميع الخلايا والكائنات الحية. هذا هو الكود الوراثي.
هناك أربعة نيوكليوتيدات في الحمض النووي:

الأدينين - أ؛
جوانين - ز؛
السيتوزين - ج؛
الثايمين - ت.

يُشار إليها بالحروف اللاتينية الكبيرة أو (في أدب اللغة الروسية) بالحروف الروسية.
يحتوي الحمض النووي الريبوزي (RNA) أيضًا على أربعة نيوكليوتيدات، لكن أحدها يختلف عن الحمض النووي (DNA):

الأدينين - أ؛
جوانين - ز؛
السيتوزين - ج؛
اليوراسيل - U.

جميع النيوكليوتيدات مرتبة في سلاسل، حيث يحتوي DNA على حلزون مزدوج بينما يحتوي RNA على حلزون واحد.
يتم بناء البروتينات على المكان الذي تحدده في تسلسل معين الخصائص البيولوجية.

خصائص الشفرة الوراثية

ثلاثية. وحدة الشفرة الوراثية تتكون من ثلاثة أحرف، وهي ثلاثية. وهذا يعني أن الأحماض الأمينية العشرين الموجودة يتم تشفيرها بواسطة ثلاث نيوكليوتيدات محددة تسمى الكودونات أو الثلاثيات. هناك أربعة وستين مجموعة يمكن تكوينها من أربعة نيوكليوتيدات. هذه الكمية أكثر من كافية لتشفير عشرين حمضًا أمينيًا.
الانحطاط. يتوافق كل حمض أميني مع أكثر من كودون، باستثناء الميثيونين والتربتوفان.
عدم الغموض. كودون واحد لحمض أميني واحد. على سبيل المثال، في الجين شخص سليممع معلومات حول الهدف بيتا للهيموجلوبين، يقوم الثلاثي GAG وGAA بتشفير A في كل شخص مصاب بمرض فقر الدم المنجلي، ويتم تغيير نيوكليوتيد واحد.
العلاقة الخطية المتداخلة. يتوافق تسلسل الأحماض الأمينية دائمًا مع تسلسل النيوكليوتيدات التي يحتوي عليها الجين.
إن الشفرة الوراثية متواصلة ومدمجة، مما يعني أنها لا تحتوي على علامات ترقيم. وهذا هو، بدءا من كودون معين، تحدث القراءة المستمرة. على سبيل المثال، ستتم قراءة AUGGGUGTSUUAAUGUG على النحو التالي: AUG، GUG، TSUU، AAU، GUG. ولكن ليس AUG أو UGG وما إلى ذلك أو أي شيء آخر.
براعة. إنه نفس الشيء بالنسبة لجميع الكائنات الأرضية، من البشر إلى الأسماك والفطريات والبكتيريا.

طاولة

لا يتم تضمين جميع الأحماض الأمينية المتوفرة في الجدول المعروض. هيدروكسي برولين، هيدروكسي سيلين، فوسفوسرين، مشتقات اليود من التيروزين، السيستين وبعض الآخرين غائبة، لأنها مشتقات من الأحماض الأمينية الأخرى المشفرة بواسطة m-RNA والتي تشكلت بعد تعديل البروتينات نتيجة للترجمة.
ومن المعروف من خصائص الشفرة الوراثية أن كودون واحد قادر على تشفير حمض أميني واحد. الاستثناء هو الكود الوراثي الذي يؤدي وظائف إضافية ويشفر الفالين والميثيونين. إن mRNA، الموجود في بداية الكودون، يربط t-RNA، الذي يحمل فورميل ميثيون. عند الانتهاء من عملية التصنيع، يتم فصله وأخذ بقايا الفورميل معه، ويتحول إلى بقايا ميثيونين. وبالتالي، فإن الكودونات المذكورة أعلاه هي البادئة في تركيب سلسلة البولي ببتيد. إذا لم يكونوا في البداية، فلا يختلفون عن الآخرين.

المعلومات الجينية

ويعني هذا المفهوم برنامجًا للخصائص ينتقل من الأجداد. إنه جزء لا يتجزأ من الوراثة كشفرة وراثية.
يتم تحقيق الشفرة الوراثية أثناء تخليق البروتين:

رسول الحمض النووي الريبي.
الرنا الريباسي الريباسي.

يتم نقل المعلومات من خلال الاتصال المباشر (DNA-RNA-بروتين) والاتصال العكسي (بروتين متوسط-DNA).
يمكن للكائنات الحية استقباله وتخزينه ونقله واستخدامه بأكبر قدر من الفعالية.
تحدد المعلومات التي تنتقل عن طريق الميراث تطور كائن حي معين. ولكن بسبب التفاعل مع بيئةرد فعل الأخير مشوه، بسبب حدوث التطور والتطور. وبهذه الطريقة، يتم إدخال معلومات جديدة إلى الجسم.

أنماط الحوسبة البيولوجيا الجزيئيةوأوضح اكتشاف الشفرة الوراثية الحاجة إلى الجمع بين علم الوراثة ونظرية داروين، التي على أساسها ظهرت نظرية التطور الاصطناعية - علم الأحياء غير الكلاسيكي.
إن وراثة داروين وتنوعه وانتقاءه الطبيعي يكملها الانتقاء المحدد وراثيا. ويتحقق التطور على المستوى الجيني من خلال الطفرات العشوائية ووراثة السمات الأكثر قيمة والأكثر تكيفًا مع البيئة.

فك شفرة الإنسان

وفي التسعينات تم إطلاق مشروع الجينوم البشري، ونتيجة لذلك تم اكتشاف أجزاء الجينوم التي تحتوي على 99.99% من الجينات البشرية في الألفين. الأجزاء التي لا تشارك في تخليق البروتين وغير المشفرة تظل مجهولة. ولا يزال دورهم مجهولا حتى الآن.

تم اكتشاف الكروموسوم 1 آخر مرة في عام 2006، وهو الأطول في الجينوم. أكثر من ثلاثمائة وخمسين مرضاً، بما فيها السرطان، تظهر نتيجة الاضطرابات والطفرات فيه.

لا يمكن المبالغة في تقدير دور مثل هذه الدراسات. عندما اكتشفوا ما هو الكود الوراثي، أصبح معروفا وفقا لما يحدث من أنماط التطور، وكيف يتم تشكيل البنية المورفولوجية، والنفسية، والاستعداد لبعض الأمراض، والتمثيل الغذائي وعيوب الأفراد.

في عملية التمثيل الغذائي في الجسم الدور القيادي ينتمي إلى البروتينات والأحماض النووية.
تشكل المواد البروتينية أساس جميع هياكل الخلايا الحيوية ولها نسبة عالية بشكل غير عادي التفاعل، وهبت وظائف الحفز.
الأحماض النووية هي جزء من أهم عضو في الخلية - النواة، وكذلك السيتوبلازم، والريبوسومات، والميتوكوندريا، وما إلى ذلك. تلعب الأحماض النووية دورًا أساسيًا مهمًا في الوراثة، وتقلب الجسم، وتخليق البروتين.

يخططتوليف يتم تخزين البروتين في نواة الخلية، ويحدث تصنيعه المباشر خارج النواة، لذلك فهو ضروري خدمة التوصيلمشفرة يخطط من النواة إلى مكان التركيب . يتم تنفيذ خدمة التوصيل هذه بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

تبدأ العملية في جوهر الخلايا: جزء من "سلم" الحمض النووي ينفتح وينفتح. وبفضل هذا، تشكل حروف الحمض النووي الريبوزي (RNA) روابط مع حروف الحمض النووي المفتوحة لأحد خيوط الحمض النووي. ينقل الإنزيم أحرف الحمض النووي الريبي (RNA) لضمها إلى شريط. هذه هي الطريقة التي يتم بها "إعادة كتابة" حروف DNA في حروف RNA. يتم فصل سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) المشكلة حديثًا، ويلتف "سلم" الحمض النووي مرة أخرى. تسمى عملية قراءة المعلومات من الحمض النووي وتوليفها باستخدام مصفوفة الحمض النووي الريبي (RNA) الخاصة بها النسخ ، ويسمى الحمض النووي الريبوزي المركب الرسول أو مرنا .

وبعد المزيد من التعديلات، أصبح هذا النوع من الرنا المرسال المشفر جاهزًا. مرنا يخرج من النواةويذهب إلى موقع تخليق البروتين، حيث يتم فك رموز رسائل mRNA. تشكل كل مجموعة من ثلاثة أحرف i-RNA "حرفًا" يمثل حمضًا أمينيًا محددًا.

ويعثر نوع آخر من الحمض النووي الريبوزي (RNA) على هذا الحمض الأميني، ويلتقطه بمساعدة إنزيم، ويوصله إلى موقع تخليق البروتين. ويسمى هذا الحمض النووي الريبوزي نقل الحمض النووي الريبي (RNA) أو t-RNA. ومع قراءة رسالة mRNA وترجمتها، تنمو سلسلة الأحماض الأمينية. تلتف هذه السلسلة وتطوى لتشكل شكلًا فريدًا، مما يؤدي إلى تكوين نوع واحد من البروتين. حتى عملية طي البروتين رائعة: فهي تتطلب جهاز كمبيوتر لحساب كل شيء خياراتإن طي بروتين متوسط الحجم يتكون من 100 حمض أميني سيستغرق 1027 (!) سنة. ولا يستغرق الأمر أكثر من ثانية واحدة لتكوين سلسلة من 20 حمضاً أمينياً في الجسم، وتحدث هذه العملية بشكل مستمر في جميع خلايا الجسم.

الجينات والشفرة الوراثية وخصائصها.

يعيش حوالي 7 مليارات شخص على الأرض. وبصرف النظر عن 25-30 مليون زوج من التوائم المتطابقة، وراثيا كل الناس مختلفون : كل شخص فريد من نوعه، وله خصائص وراثية فريدة وسمات شخصية وقدرات ومزاج.

يتم شرح هذه الاختلافات الاختلافات في الأنماط الجينية- مجموعات من جينات الكائن الحي؛ كل واحدة فريدة من نوعها. تتجسد الخصائص الوراثية لكائن معين في البروتينات - لذلك فإن بنية البروتين لدى شخص ما تختلف، ولو بشكل طفيف جدًا، عن بروتين شخص آخر.

هذا لا يعنيأنه لا يوجد شخصان لديهما نفس البروتينات بالضبط. قد تكون البروتينات التي تؤدي نفس الوظائف هي نفسها أو تختلف قليلاً فقط بواحد أو اثنين من الأحماض الأمينية عن بعضها البعض. لكن غير موجود على الأرض من الأشخاص (باستثناء التوائم المتماثلة) الذين سيحصلون على كل بروتيناتهم هي نفسها .

معلومات عن الهيكل الأساسيالسنجابمشفرة على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات في جزء من جزيء DNA، الجين – وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي. يحتوي كل جزيء DNA على العديد من الجينات. وتشكله مجموع كل جينات الكائن الحي النمط الجيني . هكذا،

الجين هو وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي، والتي تتوافق مع قسم منفصل من الحمض النووي

يتم ترميز المعلومات الوراثية باستخدام الكود الجيني ، وهو عالمي لجميع الكائنات الحية ويختلف فقط في تناوب النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات وترميز البروتينات لكائنات معينة.

الكود الجيني يتكون من ثلاثة توائم (ثلاثية) من نيوكليوتيدات الحمض النووي، مجتمعة في تسلسلات مختلفة (AAT، HCA، ACG، THC، وما إلى ذلك)، كل منها يشفر حمض أميني محدد (الذي سيتم بناؤه في سلسلة البولي ببتيد).

في الحقيقة شفرة التهم تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء mRNA ، لأن يزيل المعلومات من الحمض النووي (عملية النسخ ) ويترجمها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتينات المركبة (العملية البث ).
يتضمن تكوين mRNA النيوكليوتيدات A-C-G-U، الذي يسمى ثلاثة توائم الكودونات : سيصبح الثلاثي الموجود على DNA CGT على i-RNA ثلاثي GCA، وسيصبح DNA AAG الثلاثي ثلاثي UUC. بالضبط رموز مرنا وينعكس الرمز الجيني في السجل.

هكذا، الشفرة الوراثية - نظام موحدسجلات المعلومات الوراثية في الجزيئات الأحماض النوويةكسلسلة من النيوكليوتيدات . تعتمد الشفرة الوراثية على استخدام أبجدية مكونة من أربعة أحرف فقط – نيوكليوتيدات، تتميز بقواعد نيتروجينية: A، T، G، C.

الخصائص الأساسية للشفرة الوراثية:

1. الكود الجيني ثلاثية. الثلاثي (الكودون) عبارة عن سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا. وبما أن البروتينات تحتوي على 20 حمض أميني، فمن الواضح أن كل واحد منهم لا يمكن تشفيره بواسطة نيوكليوتيد واحد ( نظرًا لوجود أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات في الحمض النووي، ففي هذه الحالة يبقى 16 حمضًا أمينيًا غير مشفر). كما أن اثنين من النيوكليوتيدات لا يكفيان لتشفير الأحماض الأمينية، لأنه في هذه الحالة يمكن تشفير 16 حمضًا أمينيًا فقط. وهذا يعني أن أصغر عدد من النيوكليوتيدات التي تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا يجب أن يكون ثلاثة على الأقل. في هذه الحالة، عدد ثلاثيات النيوكليوتيدات المحتملة هو 43 = 64.

2. التكرار (الانحطاط)الكود هو نتيجة لطبيعته الثلاثية ويعني أنه يمكن تشفير حمض أميني واحد بعدة توائم ثلاثية (نظرًا لوجود 20 حمضًا أمينيًا و64 ثلاثيًا)، باستثناء الميثيونين والتربتوفان، اللذين يتم ترميزهما بثلاثية واحدة فقط. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي بعض التوائم الثلاثية وظائف محددة: في جزيء mRNA، تكون التوائم الثلاثية UAA وUAG وUGA عبارة عن كودونات توقف، أي. قف- الإشارات التي توقف التوليف سلسلة عديد الببتيد. الثلاثي المقابل للميثيونين (AUG)، الموجود في بداية سلسلة الحمض النووي، لا يرمز للحمض الأميني، ولكنه يؤدي وظيفة بدء القراءة (المثيرة).

3. عدم الغموض الكود - في نفس وقت التكرار، الكود له الخاصية عدم الغموض : كل كودون يتطابق فقط واحدحمض أميني معين.

4. العلاقة الخطية المتداخلة الكود، أي تسلسل النيوكليوتيدات في الجين بالضبطيتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

5. الكود الوراثي غير متداخلة وصغيرة الحجم ، أي لا يحتوي على "علامات الترقيم". وهذا يعني أن عملية القراءة لا تسمح بإمكانية تداخل الأعمدة (ثلاثية)، والبدء من كودون معين، وتستمر القراءة بشكل مستمر، ثلاثية بعد ثلاثية، حتى قف-الإشارات ( رموز التوقف).

6. الكود الوراثي عالمي أي أن الجينات النووية لجميع الكائنات الحية تشفر المعلومات حول البروتينات بنفس الطريقة، بغض النظر عن مستوى التنظيم والتنظيم. موقف منهجيهذه الكائنات.

هناك جداول الشفرة الجينية لفك التشفير الكودونات mRNA وبناء سلاسل جزيئات البروتين.

تفاعلات توليف المصفوفة.

ردود فعل غير معروفة في الطبيعة غير الحية تحدث في الأنظمة الحية - تفاعلات توليف المصفوفة.

مصطلح "المصفوفة"في التكنولوجيا، يتم تحديد قالب يستخدم لصب العملات المعدنية والميداليات والخطوط المطبعية: المعدن المتصلب يستنسخ تمامًا جميع تفاصيل القالب المستخدم في الصب. توليف المصفوفةيشبه الصب على المصفوفة: يتم تصنيع جزيئات جديدة وفقًا للخطة الموضوعة في بنية الجزيئات الموجودة.

يكمن مبدأ المصفوفة في الصميمالأهم ردود الفعل الاصطناعيةالخلايا، مثل تخليق الأحماض النووية والبروتينات. تضمن هذه التفاعلات التسلسل الدقيق والمحدد بدقة لوحدات المونومر في البوليمرات المركبة.

هناك عمل اتجاهي يحدث هنا. سحب المونومرات إلى مكان معينالخلايا - إلى جزيئات تعمل كمصفوفة حيث يحدث التفاعل. إذا حدثت مثل هذه التفاعلات نتيجة لاصطدامات عشوائية بين الجزيئات، فإنها ستسير ببطء لا نهائي. يتم تصنيع الجزيئات المعقدة بناءً على مبدأ القالب بسرعة ودقة. دور المصفوفة تلعب الجزيئات الكبيرة من الأحماض النووية في تفاعلات المصفوفة الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي .

جزيئات أحاديةالتي يتم تصنيع البوليمر منها - النيوكليوتيدات أو الأحماض الأمينية - وفقًا لمبدأ التكامل، يتم وضعها وتثبيتها على المصفوفة بترتيب محدد ومحدد بدقة.

ثم يحدث ذلك "الربط المتقاطع" لوحدات المونومر في سلسلة بوليمر، ويتم تفريغ البوليمر النهائي من المصفوفة.

بعد ذلك المصفوفة جاهزةلتجميع واحدة جديدة جزيء البوليمر. من الواضح أنه كما هو الحال في قالب معين، لا يمكن صب سوى عملة معدنية واحدة أو حرف واحد، كذلك يمكن تجميع بوليمر واحد فقط في جزيء مصفوفة معين.

نوع رد فعل المصفوفة - ميزة محددةكيمياء النظم الحية. إنها أساس الخاصية الأساسية لجميع الكائنات الحية - قدرتها على إعادة إنتاج نوعها.

ردود الفعل التوليف القالب

1. تكرار الحمض النووي - النسخ المتماثل (من النسخ اللاتيني - التجديد) - عملية تخليق جزيء ابنة من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين على مصفوفة جزيء الحمض النووي الأصلي. أثناء الانقسام اللاحق للخلية الأم، تتلقى كل خلية ابنة نسخة واحدة من جزيء الحمض النووي المطابق للحمض النووي للخلية الأم الأصلية. تضمن هذه العملية نقل المعلومات الوراثية بدقة من جيل إلى جيل. يتم تكرار الحمض النووي بواسطة مركب إنزيمي معقد يتكون من 15-20 بروتينًا مختلفًا يسمى com.replisome . المادة اللازمة للتوليف هي النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في سيتوبلازم الخلايا. يكمن المعنى البيولوجي للتضاعف في النقل الدقيق للمعلومات الوراثية من الجزيء الأم إلى الجزيئات الابنة، والذي يحدث عادة أثناء انقسام الخلايا الجسدية.

يتكون جزيء DNA من شريطين متكاملين. هذه السلاسل ضعيفة روابط هيدروجينية، قادر على الانهيار تحت تأثير الإنزيمات. جزيء الحمض النووي قادر على التضاعف الذاتي (النسخ المتماثل)، وفي كل نصف قديم من الجزيء يتم تصنيع نصف جديد.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيع جزيء mRNA على جزيء DNA، والذي ينقل بعد ذلك المعلومات الواردة من DNA إلى موقع تخليق البروتين.

يتم نقل المعلومات وتخليق البروتين وفقًا لمبدأ المصفوفة، والذي يشبه تشغيل المطبعة في دار الطباعة. يتم نسخ المعلومات من الحمض النووي عدة مرات. إذا حدثت أخطاء أثناء النسخ، فسوف تتكرر في جميع النسخ اللاحقة.

صحيح أنه يمكن تصحيح بعض الأخطاء عند نسخ المعلومات باستخدام جزيء الحمض النووي - وتسمى عملية إزالة الأخطاء الجبر. أول التفاعلات في عملية نقل المعلومات هو تكرار جزيء الحمض النووي وتوليف سلاسل الحمض النووي الجديدة.

2. النسخ (من النسخة اللاتينية - إعادة الكتابة) - عملية تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب، والتي تحدث في جميع الخلايا الحية. وبعبارة أخرى، هو نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.

يتم تحفيز النسخ بواسطة إنزيم بوليميريز RNA المعتمد على الحمض النووي. يتحرك بوليميراز RNA على طول جزيء DNA في الاتجاه 3" → 5". النسخ يتكون من مراحل البدء والاستطالة والإنهاء . وحدة النسخ هي الأوبون، وهو جزء من جزيء DNA يتكون من المروج والجزء المكتوب والمنهي . يتكون mRNA من سلسلة واحدة ويتم تصنيعه على DNA وفقًا لقاعدة التكامل بمشاركة إنزيم ينشط بداية ونهاية تركيب جزيء mRNA.

يدخل جزيء mRNA النهائي السيتوبلازم إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق سلاسل البوليببتيد.

3. إذاعة (من اللات. ترجمة- النقل والحركة) - عملية تخليق البروتين من الأحماض الأمينية على مصفوفة المعلومات (الرسول) RNA (mRNA، mRNA)، التي يقوم بها الريبوسوم. بمعنى آخر، هذه هي عملية ترجمة المعلومات الموجودة في تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البولي ببتيد.

4. النسخ العكسي هي عملية تشكيل الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل بناء على معلومات من الحمض النووي الريبي المفرد الذين تقطعت بهم السبل. تسمى هذه العملية بالنسخ العكسي، لأن نقل المعلومات الجينية يحدث في الاتجاه "العكسي" بالنسبة للنسخ. لم تكن فكرة النسخ العكسي في البداية تحظى بشعبية كبيرة لأنها تتناقض مع العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية، والتي تفترض أن الحمض النووي يتم نسخه إلى RNA ثم ترجمته إلى بروتينات.

ومع ذلك، في عام 1970، اكتشف تيمين وبالتيمور بشكل مستقل إنزيمًا يسمى المنتسخة العكسية (revertase) وتم تأكيد إمكانية النسخ العكسي أخيرًا. في عام 1975، تم منح تيمين وبالتيمور جائزة نوبلفي مجال علم وظائف الأعضاء والطب. تتمتع بعض الفيروسات (مثل فيروس نقص المناعة البشرية، الذي يسبب الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية) بالقدرة على نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى الحمض النووي (DNA). يحتوي فيروس نقص المناعة البشرية على جينوم RNA مدمج في الحمض النووي. ونتيجة لذلك، يمكن دمج الحمض النووي للفيروس مع جينوم الخلية المضيفة. يسمى الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تخليق DNA من RNA عكسي. إحدى وظائف العكس هي الإنشاء الحمض النووي التكميلي ([كدنا]) من الجينوم الفيروسي. يشق إنزيم ريبونوكلياز المرتبط بالحمض النووي الريبوزي (RNA)، ويقوم الإنزيم العكسي بتصنيع [كدنا] من الحلزون المزدوج للحمض النووي. يتم دمج [كدنا] في جينوم الخلية المضيفة عن طريق التكامل. والنتيجة هي تخليق البروتينات الفيروسية بواسطة الخلية المضيفةوالتي تشكل فيروسات جديدة. في حالة فيروس نقص المناعة البشرية، يتم أيضًا برمجة موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا) للخلايا اللمفاوية التائية. وفي حالات أخرى، قد تظل الخلية موزعة للفيروسات.

يمكن تمثيل تسلسل تفاعلات المصفوفة أثناء التخليق الحيوي للبروتين في شكل رسم تخطيطي.

هكذا، التخليق الحيوي للبروتين- هذا هو أحد أنواع التبادل البلاستيكي، حيث يتم من خلاله تنفيذ المعلومات الوراثية المشفرة في جينات الحمض النووي في تسلسل محدد من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين.

جزيئات البروتين هي في الأساس سلاسل البولي ببتيدتتكون من الأحماض الأمينية الفردية. لكن الأحماض الأمينية ليست نشطة بما يكفي لتتحد مع بعضها البعض بمفردها. لذلك، قبل أن تتحد مع بعضها البعض وتشكل جزيء البروتين، يجب أن تكون الأحماض الأمينية فعل . يحدث هذا التنشيط تحت تأثير إنزيمات خاصة.

نتيجة للتنشيط، يصبح الحمض الأميني أكثر قابلية للتغير، وتحت تأثير نفس الإنزيم، يرتبط بـ t- الحمض النووي الريبي. يتوافق كل حمض أميني مع T- محدد بدقة الحمض النووي الريبي، الذي يجد "الحمض الأميني الخاص به" و التحويلاتإلى الريبوسوم.

وبالتالي مختلف الأحماض الأمينية المنشطة مجتمعة مع أحماضها الخاصةتي- الحمض النووي الريبي. الريبوسوم مثل الناقللتجميع سلسلة البروتين من مختلف الأحماض الأمينية الموردة إليه.

بالتزامن مع t-RNA، الذي "يجلس" عليه الحمض الأميني الخاص به. إشارة"من الحمض النووي الموجود في النواة. وفقا لهذه الإشارة، يتم تصنيع هذا البروتين أو ذاك في الريبوسوم.

لا يتم التأثير المباشر للحمض النووي على تخليق البروتين بشكل مباشر، ولكن بمساعدة وسيط خاص - مصفوفةأو رسول الحمض النووي الريبي (m-RNAأو مرنا)، أيّ توليفها في النواةهـ تحت تأثير الحمض النووي، فتركيبته تعكس تركيبة الحمض النووي. يشبه جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) قالبًا من شكل الحمض النووي (DNA). يدخل mRNA المركب إلى الريبوسوم وينقله إلى هذا الهيكل يخطط- بأي ترتيب يجب أن يتم دمج الأحماض الأمينية المنشطة التي تدخل الريبوسوم مع بعضها البعض من أجل تصنيع بروتين معين؟ خلاف ذلك، يتم نقل المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي إلى mRNA ومن ثم إلى البروتين.

يدخل جزيء mRNA إلى الريبوسوم و غرزها. يتم تحديد ذلك الجزء منه الموجود حاليًا في الريبوسوم كودون (ثلاثي)يتفاعل بطريقة محددة تمامًا مع تلك المشابهة له من الناحية الهيكلية ثلاثي (أنتيكودون)في نقل الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي جلب الحمض الأميني إلى الريبوسوم.

يتطابق نقل الحمض النووي الريبي (RNA) مع حمضه الأميني مع كودون محدد من mRNA و يربطمعه؛ إلى القسم المجاور التالي من mRNA تتم إضافة tRNA آخر مع حمض أميني مختلفوهكذا حتى تتم قراءة سلسلة i-RNA بأكملها، حتى يتم تقليل جميع الأحماض الأمينية بالترتيب المناسب، لتكوين جزيء البروتين. والـ tRNA، الذي يوصل الحمض الأميني إلى جزء محدد من سلسلة البوليببتيد، متحرراً من حمضه الأمينيويخرج من الريبوسوم.

ثم، مرة أخرى في السيتوبلازم، يمكن للحمض الأميني المطلوب الانضمام إليه ونقله مرة أخرى إلى الريبوسوم. في عملية تخليق البروتين، لا تشارك واحدة، ولكن العديد من الريبوسومات - polyribosomes - في وقت واحد.

المراحل الرئيسية لنقل المعلومات الوراثية:

1. التوليف على الحمض النووي كقالب لmRNA (النسخ)
2. تصنيع سلسلة عديد الببتيد في الريبوسومات حسب البرنامج الموجود في mRNA (ترجمة) .

المراحل عالمية لجميع الكائنات الحية، ولكن العلاقات الزمانية والمكانية لهذه العمليات تختلف في الكائنات الحية وحقيقيات النوى.

ش بدائيات النوىيمكن أن يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد لأن الحمض النووي موجود في السيتوبلازم. ش حقيقيات النوىيتم الفصل بين النسخ والترجمة بشكل صارم في المكان والزمان: يتم تصنيع العديد من RNAs في النواة، وبعد ذلك يجب أن تترك جزيئات RNA النواة عن طريق المرور عبر الغشاء النووي. ثم يتم نقل RNAs في السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين.

محاضرة 5. الكود الجيني

تعريف المفهوم

الكود الجيني هو نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات باستخدام تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي.

وبما أن الحمض النووي لا يشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين، فإن الكود مكتوب بلغة الحمض النووي الريبوزي (RNA). يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على اليوراسيل بدلاً من الثايمين.

خصائص الشفرة الوراثية

1. ثلاثية

يتم تشفير كل حمض أميني بواسطة سلسلة من 3 نيوكليوتيدات.

التعريف: الثلاثي أو الكودون هو سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر حمض أميني واحد.

لا يمكن أن يكون الكود أحاديًا، لأن 4 (عدد النيوكليوتيدات المختلفة في الحمض النووي) أقل من 20. لا يمكن أن يكون الكود مزدوجًا، لأن 16 (عدد توليفات وتباديل 4 نيوكليوتيدات من 2) أقل من 20. يمكن أن يكون الرمز ثلاثيًا، لأن 64 (عدد التركيبات والتباديل من 4 إلى 3) أكثر من 20.

2. الانحطاط.

يتم ترميز جميع الأحماض الأمينية، باستثناء الميثيونين والتربتوفان، بأكثر من ثلاثية واحدة:

2 AK لثلاثية واحدة = 2.

9 AK، 2 توائم = 18.

1 أك 3 ثلاثة توائم = 3.

5 AK من 4 توائم = 20.

3 AK من 6 توائم = 18.

إجمالي 61 ثلاثة توائم يشفرون 20 حمضًا أمينيًا.

3. وجود علامات الترقيم بين الجينات.

تعريف:

الجين - جزء من الحمض النووي يشفر سلسلة بولي ببتيد واحدة أو جزيء واحد الحمض الريبي النووي النقال, صالحمض النووي الريبي أوالحمض الريبي النووي النقال.

الجيناتالحمض الريبي النووي النقال, الرنا الريباسي, الحمض الريبي النووي النقالالبروتينات غير مشفرة.

في نهاية كل جين يشفر عديد الببتيد يوجد واحد على الأقل من ثلاثة توائم تشفر كودونات توقف الحمض النووي الريبي (RNA)، أو إشارات التوقف. في mRNA لديهم الشكل التالي: UAA، UAG، UGA . يقومون بإنهاء (إنهاء) البث.

تقليديا، ينتمي الكودون أيضا إلى علامات الترقيمأغسطس - الأول بعد تسلسل القائد . (انظر المحاضرة 8) وهو بمثابة حرف كبير. في هذا الموضع يقوم بتشفير فورميل ميثيونين (في بدائيات النوى).

4. عدم الغموض.

يقوم كل ثلاثي بتشفير حمض أميني واحد فقط أو يكون بمثابة فاصل للترجمة.

الاستثناء هو الكودونأغسطس . في بدائيات النوى، في الموضع الأول (الحرف الكبير) يقوم بتشفير فورميل ميثيونين، وفي أي موضع آخر يقوم بتشفير الميثيونين.

5. الاكتناز، أو عدم وجود علامات الترقيم داخل الوريد.
داخل الجين، كل نيوكليوتيد هو جزء من كودون مهم.

في عام 1961، أثبت سيمور بينزر وفرانسيس كريك تجريبيًا الطبيعة الثلاثية للكود وتماسكه.

جوهر التجربة: طفرة "+" - إدخال نيوكليوتيد واحد. طفرة "-" - فقدان نيوكليوتيد واحد. طفرة واحدة "+" أو "-" في بداية الجين تفسد الجين بأكمله. كما أن الطفرة المزدوجة "+" أو "-" تفسد الجين بأكمله.

إن الطفرة الثلاثية "+" أو "-" في بداية الجين تفسد جزءًا منه فقط. تؤدي الطفرة الرباعية "+" أو "-" مرة أخرى إلى إفساد الجين بأكمله.

التجربة تثبت ذلك يتم نسخ الكود ولا توجد علامات ترقيم داخل الجين.أجريت التجربة على جينين متجاورين من العاثيات وأظهرت، بالإضافة إلى ذلك، وجود علامات الترقيم بين الجينات.

6. براعة.

الشفرة الوراثية هي نفسها لجميع الكائنات التي تعيش على الأرض.

في عام 1979، افتتح بوريل مثاليكود الميتوكوندريا البشرية

تعريف:

"المثالي" هو رمز وراثي يتم فيه استيفاء قاعدة انحطاط الكود شبه المزدوج: إذا تطابق النيوكليوتيدات الأولين في ثلاثة توائم، وكانت النيوكليوتيدات الثالثة تنتمي إلى نفس الفئة (كلاهما من البيورينات أو كلاهما من البيريميدين). ثم ترمز هذه الثلاثيات لنفس الحمض الأميني.

هناك استثناءان لهذه القاعدة في الكود العالمي. كلا الانحرافين عن الكود المثالي في العالم يتعلقان بالنقاط الأساسية: بداية ونهاية تخليق البروتين:

كودون	عالمي شفرة	رموز الميتوكوندريا
كودون	عالمي شفرة	الفقاريات	اللافقاريات	خميرة	النباتات
	قف				قف

مع وا
أ ج أ		قف
		قف			230 بديلاً لا يغير فئة الحمض الأميني المشفر. إلى المسيل للدموع. في عام 1956، اقترح جورجي غاموف شكلاً مختلفًا من الكود المتداخل. وفقًا لرمز جامو، فإن كل نيوكليوتيد، بدءًا من الثالث في الجين، هو جزء من 3 كودونات. وعندما تم فك الشفرة الجينية تبين أنها غير متداخلة، أي أنها غير متداخلة. كل نيوكليوتيد هو جزء من كودون واحد فقط. مزايا الشفرة الوراثية المتداخلة: الاكتناز، تقليل اعتماد بنية البروتين على إدخال أو حذف النيوكليوتيدات. العيب: يعتمد هيكل البروتين بشكل كبير على استبدال النوكليوتيدات والقيود المفروضة على الجيران. في عام 1976، تم تسلسل الحمض النووي للعاثية φX174. يحتوي على DNA دائري مفرد يتكون من 5375 نيوكليوتيدات. ومن المعروف أن العاثيات تقوم بتشفير 9 بروتينات. بالنسبة لستة منهم، تم تحديد الجينات الموجودة واحدة تلو الأخرى. اتضح أن هناك تداخل. يقع الجين E بالكامل داخل الجيند . ينتج كودون البداية الخاص به عن إزاحة الإطار لنيوكليوتيد واحد. الجينج يبدأ حيث ينتهي الجيند . كود البدء للجينج يتداخل مع كودون التوقف للجيند نتيجة لتحول اثنين من النيوكليوتيدات. يُطلق على البناء اسم "تحول إطار القراءة" بواسطة عدد من النيوكليوتيدات وليس من مضاعفات الثلاثة. حتى الآن، لم يتم عرض التداخل إلا لعدد قليل من العاثيات. القدرة المعلوماتية للحمض النووي هناك 6 مليارات شخص يعيشون على الأرض. معلومات وراثية عنهم المغلقة في 6x10 9 الحيوانات المنوية. وفقا لتقديرات مختلفة، فإن الشخص لديه من 30 إلى 50 ألف الجينات. جميع البشر لديهم ~30×1013 جينًا، أو 30×1016 زوجًا أساسيًا، والتي تشكل 1017 كودونًا. تحتوي صفحة الكتاب المتوسطة على 25x10 2 حرفًا. يحتوي الحمض النووي للحيوانات المنوية 6x10 9 على معلومات مساوية في الحجم تقريبًا 4x10 13 صفحة كتاب. ستشغل هذه الصفحات مساحة 6 مباني NSU. 6x10 9 حيوانات منوية تشغل نصف كشتبان. يشغل حمضهم النووي أقل من ربع كشتبان.

كل كائن حي لديه مجموعة خاصة من البروتينات. تشكل بعض مركبات النيوكليوتيدات وتسلسلها في جزيء الحمض النووي الشفرة الوراثية. ينقل معلومات حول بنية البروتين. لقد تم قبول مفهوم معين في علم الوراثة. ووفقا لذلك، يتوافق جين واحد مع إنزيم واحد (بولي ببتيد). تجدر الإشارة إلى أن الأبحاث المتعلقة بالأحماض النووية والبروتينات قد تم إجراؤها على مدى فترة طويلة إلى حد ما. لاحقًا في المقالة سنلقي نظرة فاحصة على الشفرة الوراثية وخصائصها. سوف تعطى أيضا تسلسل زمني موجزبحث.

مصطلحات

الشفرة الوراثية هي وسيلة لتشفير تسلسل بروتينات الأحماض الأمينية التي تتضمن تسلسل النوكليوتيدات. هذه الطريقة لتوليد المعلومات هي سمة لجميع الكائنات الحية. البروتينات - طبيعية مادة عضويةمع جزيئية عالية. هذه المركبات موجودة أيضًا في الكائنات الحية. وهي تتألف من 20 نوعا من الأحماض الأمينية، والتي تسمى الكنسي. يتم ترتيب الأحماض الأمينية في سلسلة ومتصلة بتسلسل محدد بدقة. ويحدد بنية البروتين وخصائصه البيولوجية. هناك أيضًا عدة سلاسل من الأحماض الأمينية في البروتين.

الحمض النووي والحمض النووي الريبي

حمض الديوكسي ريبونوكلييك هو جزيء كبير. وهي مسؤولة عن نقل وتخزين وتنفيذ المعلومات الوراثية. يستخدم الحمض النووي أربعة القواعد النيتروجينية. وتشمل هذه الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين. يتكون الـ RNA من نفس النيوكليوتيدات، باستثناء أنه يحتوي على الثايمين. وبدلا من ذلك، هناك نيوكليوتيد يحتوي على اليوراسيل (U). جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) هي سلاسل نيوكليوتيدات. بفضل هذا الهيكل، يتم تشكيل التسلسلات - "الأبجدية الجينية".

تنفيذ المعلومات

يتم تحقيق تخليق البروتين، الذي يتم تشفيره بواسطة الجين، من خلال الجمع بين mRNA في قالب الحمض النووي (النسخ). يتم أيضًا نقل الشفرة الوراثية إلى تسلسل الأحماض الأمينية. وهذا يعني أنه يتم تصنيع سلسلة البولي ببتيد على mRNA. لتشفير جميع الأحماض الأمينية وإشارة نهاية تسلسل البروتين، يكفي 3 نيوكليوتيدات. وتسمى هذه السلسلة ثلاثية.

تاريخ الدراسة

أجريت دراسات البروتين والأحماض النووية منذ وقت طويل. في منتصف القرن العشرين، ظهرت أخيرًا الأفكار الأولى حول طبيعة الشفرة الوراثية. وفي عام 1953، تم اكتشاف أن بعض البروتينات تتكون من تسلسلات من الأحماض الأمينية. صحيح أنهم في ذلك الوقت لم يتمكنوا بعد من تحديد عددهم الدقيق، وكانت هناك خلافات عديدة حول هذا الموضوع. في عام 1953، تم نشر عملين من قبل المؤلفين واتسون وكريك. تحدث الأول عن البنية الثانوية للحمض النووي، وتحدث الثاني عن جواز نسخه باستخدام تركيب القالب. بالإضافة إلى ذلك، تم التركيز على حقيقة أن تسلسلًا محددًا من القواعد عبارة عن رمز يحمل معلومات وراثية. أمريكي و الفيزيائي السوفيتيقام جورجي جاموف بوضع فرضية للترميز ووجد طريقة لاختبارها. في عام 1954، تم نشر عمله، والذي اقترح خلاله إنشاء مراسلات بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية و"الثقوب" ذات الشكل الماسي واستخدام ذلك كآلية تشفير. ثم كان يطلق عليه المعينية. وفي شرحه لعمله، اعترف جامو بأن الشفرة الوراثية يمكن أن تكون ثلاثية. كان عمل الفيزيائي من أوائل الأعمال التي اعتبرت قريبة من الحقيقة.

تصنيف

على مر السنين، تم اقتراح نماذج مختلفة من الشفرات الجينية، من نوعين: متداخلة وغير متداخلة. الأول يعتمد على إدراج نيوكليوتيد واحد في عدة كودونات. ويشمل الشفرة الوراثية الثلاثية والمتسلسلة والثانوية الكبرى. النموذج الثاني يفترض نوعين. تتضمن الرموز غير المتداخلة رمزًا مركبًا ورمزًا خاليًا من الفواصل. يعتمد الخيار الأول على ترميز الحمض الأميني بثلاثة توائم من النيوكليوتيدات، والشيء الرئيسي هو تكوينه. وفقًا لـ "الكود بدون فواصل"، تتوافق بعض الثلاثيات مع الأحماض الأمينية، لكن البعض الآخر لا يتوافق معها. في هذه الحالة، كان يُعتقد أنه إذا تم ترتيب أي ثلاثة توائم مهمة بشكل تسلسلي، فلن يكون من الضروري وجود توائم أخرى موجودة في إطار قراءة مختلف. اعتقد العلماء أنه من الممكن اختيار تسلسل النيوكليوتيدات الذي يلبي هذه المتطلبات، وأن هناك 20 توائم بالضبط.

على الرغم من أن جامو وزملائه شككوا في هذا النموذج، إلا أنه اعتبر الأكثر صحة على مدى السنوات الخمس التالية. في بداية النصف الثاني من القرن العشرين، ظهرت بيانات جديدة مكنت من اكتشاف بعض أوجه القصور في "الكود بدون فواصل". وقد وجد أن الكودونات قادرة على تحفيز تخليق البروتين في المختبر. أقرب إلى عام 1965، تم فهم مبدأ جميع التوائم الثلاثة والستين. ونتيجة لذلك، تم اكتشاف تكرار بعض الكودونات. بمعنى آخر، يتم تشفير تسلسل الأحماض الأمينية بواسطة عدة توائم ثلاثية.

السمات المميزة

ومن خصائص الشفرة الوراثية ما يلي:

الاختلافات

تم اكتشاف أول انحراف للشفرة الوراثية عن المعيار في عام 1979 أثناء دراسة جينات الميتوكوندريا في جسم الإنسان. تم تحديد مزيد من المتغيرات المماثلة، بما في ذلك العديد من رموز الميتوكوندريا البديلة. وتشمل هذه فك تشفير كود الإيقاف UGA، والذي يستخدم لتحديد التربتوفان في الميكوبلازما. غالبًا ما يتم استخدام GUG وUUG في العتائق والبكتيريا كخيارات للبدء. في بعض الأحيان، تقوم الجينات بتشفير البروتين بكودون بداية يختلف عن ذلك الذي يستخدمه النوع عادة. بالإضافة إلى ذلك، في بعض البروتينات، يتم إدخال السيلينوسيستين والبيروليسين، وهي أحماض أمينية غير قياسية، بواسطة الريبوسوم. إنها تقرأ كود الإيقاف. هذا يعتمد على التسلسل الموجود في mRNA. حاليًا، يعتبر السيلينوسيستين هو الحمض الأميني الحادي والعشرون والبيروليزان وهو الحمض الأميني الثاني والعشرون الموجود في البروتينات.

السمات العامة للشفرة الوراثية

ومع ذلك، فإن جميع الاستثناءات نادرة. في الكائنات الحية، تحتوي الشفرة الوراثية بشكل رئيسي على عدد من الميزات المشتركة. وتشمل هذه تكوين الكودون، الذي يتضمن ثلاثة نيوكليوتيدات (ينتمي الأولان إلى النيوكليوتيدات المحددة)، ونقل الكودونات بواسطة الحمض الريبي النووي النقال والريبوسومات إلى تسلسل الأحماض الأمينية.

عندما يكون تخليق البروتين ضروريًا، تظهر خلية واحدة أمام الخلية. مشكلة خطيرة- يتم تخزين المعلومات في الحمض النووي كتسلسل مشفر 4 أحرف(النيوكليوتيدات)، وتتكون البروتينات من 20 رمزًا مختلفًا(الأحماض الأمينية). إذا حاولت استخدام الرموز الأربعة في وقت واحد لتشفير الأحماض الأمينية، فستحصل على 16 مجموعة فقط، بينما يوجد 20 حمضًا أمينيًا بروتينيًا، ولا يوجد ما يكفي...

هناك مثال على التفكير الرائع في هذا الشأن:

"خذ، على سبيل المثال، مجموعة أوراق اللعب، التي ننتبه فيها فقط إلى نوع البطاقة. كم عدد الثلاثة توائم من نفس النوع التي يمكنك الحصول عليها؟ أربعة بالطبع: ثلاثة قلوب، وثلاثة ألماسات، وثلاثة بستوني، وثلاثة هراوات. كم عدد التوائم الثلاثية الموجودة مع ورقتين من نفس النوع وواحدة من نوع مختلف؟ لنفترض أن لدينا أربعة اختيارات للبطاقة الثالثة. إذن لدينا 4x3 = 12 احتمال. بالإضافة إلى ذلك، لدينا أربعة توائم ثلاثية مع البطاقات الثلاثة المختلفة. إذن، 4+12+4=20، وهذا هو العدد الدقيق للأحماض الأمينية التي أردنا الحصول عليها" (جورج جامو، المهندس جورج جامو، 1904-1968، عالم فيزياء نظرية سوفيتي وأمريكي، عالم فيزياء فلكية ومروج للعلوم) .

في الواقع، أثبتت التجارب أنه لكل حمض أميني هناك نيوكليوتيدتان إلزاميتان ومتغير ثالث أقل تحديدًا (" تأثير هزاز"). فإذا أخذت ثلاثة أحرف من أصل أربعة، حصلت على 64 مجموعة، وهو ما يفوق عدد الأحماض الأمينية بشكل كبير. وهكذا وجد أن أي حمض أميني يتم تشفيره بثلاثة نيوكليوتيدات. وهذا الثلاثي يسمى كودون. كما ذكرنا سابقًا، هناك 64 خيارًا. ثلاثة منها لا ترمز لأي حمض أميني، وهي ما يسمى بـ "" رموز هراء"(فرنسي) هراء- هراء) أو "أكواد الإيقاف".

الكود الجيني

الكود الجيني (البيولوجي) هو وسيلة لترميز المعلومات حول بنية البروتينات في شكل تسلسل النيوكليوتيدات. وهو مصمم لترجمة لغة النيوكليوتيدات المكونة من أربعة أحرف (A، G، U، C) إلى لغة الأحماض الأمينية المكونة من عشرين حرفًا. لديها ميزات مميزة:

ثلاثية– تشكل ثلاث نيوكليوتيدات كودونًا يرمز للحمض الأميني. هناك إجمالي 61 رمزًا حسيًا.
خصوصية(أو عدم الغموض) – كل كودون يتوافق مع حمض أميني واحد فقط.
الانحطاط– حمض أميني واحد يمكن أن يتوافق مع عدة كودونات.
براعة- الرمز البيولوجي هو نفسه بالنسبة لجميع أنواع الكائنات الحية على الأرض (ومع ذلك، هناك استثناءات في الميتوكوندريا في الثدييات).
الخطية الخطية– تسلسل الكودونات يتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين المشفر.
غير متداخلة– التوائم الثلاثة لا تتداخل مع بعضها البعض، حيث أنها تقع بجانب بعضها البعض.
لا علامات الترقيم- لا توجد نيوكليوتيدات إضافية أو أي إشارات أخرى بين الثلاثة توائم.
أحادية الاتجاه- أثناء تصنيع البروتين، تتم قراءة الكودونات بشكل تسلسلي، دون تخطي أو الرجوع.

ومع ذلك، فمن الواضح أن الشفرة البيولوجية لا يمكنها التعبير عن نفسها دون جزيئات إضافية تؤدي وظيفة انتقالية أو وظيفة المحول.

دور محول نقل RNAs

RNAs الناقل هو الوسيط الوحيد بين تسلسل الحمض النووي المكون من 4 أحرف وتسلسل البروتين المكون من 20 حرفًا.

يحتوي كل RNA نقل على تسلسل ثلاثي محدد في حلقة الكودون المضاد ( مضاد الكودون) ويمكنه فقط إرفاق حمض أميني يطابق هذا الكودون المضاد. إن وجود مضاد أو آخر في الحمض الريبي النووي النقال هو الذي يحدد الحمض الأميني الذي سيتم تضمينه في جزيء البروتين، لأن لا يتعرف الريبوسوم ولا mRNA على الحمض الأميني.

هكذا، دور محول الحمض الريبي النووي النقاليكون:

في ارتباط محدد للأحماض الأمينية،
على وجه التحديد، وفقًا للتفاعل بين الكودون ومضاد الكودون، المرتبط بـ mRNA،
ونتيجة لذلك، في دمج الأحماض الأمينية في سلسلة البروتين وفقًا للمعلومات الموجودة في mRNA.

تتم إضافة الحمض الأميني إلى الحمض النووي الريبي (tRNA) بواسطة إنزيم أمينواسيل-الحمض الريبي النووي النقال، والتي لها خصوصية لمركبين في وقت واحد: أي حمض أميني و tRNA المقابل له. يتطلب التفاعل رابطتين ATP عاليتي الطاقة. يرتبط الحمض الأميني بالنهاية 3 بوصة من حلقة مستقبل الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) من خلال مجموعة كربوكسيل ألفا الخاصة به، وتصبح الرابطة بين الحمض الأميني والحمض الريبي النووي النقال (tRNA) ماكرو. تظل مجموعة α-amino مجانية.