2.22. Procesy i zasady kodowania informacji genetycznej Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

 Informacja genetyczna przenoszona przez DNA jest zapisana w postaci kolejności ułożenia czterech różnych nukleotydów. Jest to sposób podobny do przedstawiania informacji pisanej kolejnymi literami wydrukowanymi na stronie książki. Tak jak zdanie zawiera pewną myśl, tak gen, będąc fragmentem cząsteczki DNA, zawiera jednostkę informacji genetycznej. Komórki muszą rozszyfrować informację, aby mogła ona ujawnić się w postaci odpowiedniej cechy. Na odczytywanie informacji składa się wiele procesów. Noszą one łączne miano ekspresji (wyrażania) genów. W pierwszym etapie różne nukleotydy tworzące gen są przepisywane na cząsteczkę pokrewnego kwasu nukleinowego – RNA. Proces ten nosi nazwę transkrypcji (przepisania genów). W drugim etapie cząsteczka RNA kieruje produkcją innego rodzaju cząsteczki – cząsteczki białka – w procesie zwanym translacją (tłumaczeniem). Kolejność nukleotydów RNA określa naturę powstającego białka. Ponieważ kolejność nukleotydów w każdym genie (a więc i w powstającym na jego bazie RNA) jest inna, każdy z nich determinuje wytwarzanie innego białka. Często, w uproszczeniu, mówi się, że gen koduje białko. Charakterystyczne cechy komórki i organizmu zależą więc od liczby i rodzajów białek odczytanych z obecnego w nich DNA. Podstawowe właściwości strukturalne DNA, RNA i białek są takie same we wszystkich żywych organizmach, zarówno prokariotycznych, jak i eukariotycznych. Jest to znaczące świadectwo jedności świata żywego, a zarazem niezwykłe ułatwienie dla wszystkich zgłębiających tajniki biologii.

Kod genetyczny Język kodu genetycznego jest bardzo skomplikowany, ale czytelny dla komórki. Rozszyfrowanie tego języka zajęło naukowcom wiele lat i jest jednym z największych osiągnięć. Kod genetyczny jest zapisany w języku chemicznym i polega na kombinacjach ułożenia zasad azotowych w nici DNA . Informacja genetyczna jest zawarta w sekwencji ( kolejności) nukleotydów. Trzy kolejne nukleotydy nici DNA stanowią jeden znak kodu. Trzy kolejne nukleotydy DNA, stanowiące znak kodu genetycznego nazywamy kodonem i wyznaczają jeden, ściśle określony aminokwas. Trzy kolejne nukleotydy kodują informację tak jak litery tworzą słowa. Słowa KOT i KTO zawierają te same litery, ale zmiana ich kolejności powoduje zmianę znaczenia słów.

Cechy kodu genetycznego Trójkowy – trzy kolejne nukleotydy są odpowiedzialne za przyłączenie jednego aminokwasu do cząsteczki białka. Uniwersalny – te same trójki nukleotydów są odpowiedzialne za przyłączanie tych samych aminokwasów u wszystkich organizmów żywych. Bezprzecinkowy (ciągły) Niezachodzący Jednoznaczny Zdegenerowany Kolinearny Charakterystykę poszczególnych cech kodu znajdziesz na podanej niżej stronie http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_cechy_kodu_genetycznego.html

Transkrypcja Proces „przepisania” informacji genetycznej z DNA na mRNA nazywamy transkrypcją. Transkrypcja prowadzi do skopiowania fragmentu DNA z wykorzystaniem reguły komplementarności zasad. Transkrypcja poprzedzona jest rozcięciem podwójnej nici DNA przez enzymy-polimerazy. Transkrypcja zachodzi w miejscu przechowywania materiału genetycznego, czyli w jądrze komórkowym.

Tabela kodu genetycznego

Droga informacji genetycznej transkrypcja translacja

Genom jest to całość informacji genetycznej danego organizmu. W skład białek wszystkich organizmów wchodzi 20 podstawowych aminokwasów. Dlatego też niektóre trójki nukleotydów kodują ten sam aminokwas. Z 20 liter alfabetu zbudowano niezliczoną ilość słów kilkuliterowych w różnych językach. Białka są cząsteczkami złożonymi z kilkuset aminokwasów, stąd ich nieograniczona różnorodność. Odcinek nici DNA, który zawiera informacje dotyczące budowy określonego fragmentu białka nazywamy genem. Genom jest to całość informacji genetycznej danego organizmu. Wszystkie geny (genom) danego organizmu określają jego genotyp. Genotyp i czynniki środowiska kształtują cechy danego organizmu, czyli fenotyp.

Przepływ informacji Gen, to fragment nici DNA, kodujący jedno białko. W procesie transkrypcji powstaje mRNA, będący komplementarną kopią fragmentu DNA mRNA przemieszcza się do cytoplazmy i łączy z rybosomem. W procesie translacji następuje odczytanie kodu genetycznego z mRNA i biosynteza białka Powstałe białko jest odpowiedzialne za ujawnienie się zakodowanej cechy. W zrozumieniu omawianych procesów pomoże Ci animacja na podanej stronie http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resou rces/animacja_synteza_bia%C5%82ek.html

Odczytywanie kodu genetycznego (translacja)

Translacja – mechanizm procesu

W ten sposób w organizmie powstają wszystkie białka, w tym też białka enzymatyczne. Enzymy nadzorują syntezę innych niezbędnych w organizmie związków chemicznych. Brak któregokolwiek z enzymów może być przyczyną bardzo poważnej choroby.

Zadania Wyjaśnij na czym polega translacja. Wyjaśnij, która cecha DNA umożliwia przepływ informacji genetycznej w komórce. Wymień „składniki” niezbędne do powstania cząsteczki białka w komórce. Podaj liczbę nukleotydów we fragmencie łańcucha DNA , na podstawie którego powstało białko zbudowane z 330 aminokwasów. Wyjaśnij na czym polega uniwersalność kodu genetycznego.

Źródła W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 2, Operon, Gdynia, 2004 J.Loritz-Dobrowolska i wsp., Biologia, Operon, Gdynia, 2007 B.Sągin, MSęktas, Puls życia, Nowa Era, 2008 B.Klimuszko, Biologia III, Żak, Warszawa 2001 E.Kłos i wsp., Ciekawa biologia, WSiP, Warszawa, 2002 E.Wierbiłowicz, Biologia, ABC, Poznań, 2001 B.Potocka, W.Górski, Biologia 2, MAC Edukacja,2003