نفسر ماهية الشفرة الجينية ووظيفتها وتكوينها وأصلها وخصائصها الأخرى. أيضا ، كيف تم اكتشافه.
ما هو الكود الجيني؟
الكود الجيني هو الترتيب المحدد للنيوكليوتيدات في التسلسل الذي يتكون منه الحمض النووي. إنها أيضًا مجموعة القواعد التي يترجم منها التسلسل المذكور بواسطة RNA في تسلسل الأحماض الأمينية ، لتكوين أ بروتين. بمعنى آخر ، يعتمد تخليق البروتين على هذا الرمز.
كل ال كائنات حية لديهم رمز جيني ينظم الحمض النووي والحمض النووي الريبي. بالرغم من الفروق الواضحة بين المتنوعات ممالك من الحياة ، تبين أن المحتوى الجيني مشابه إلى حد كبير ، مما يشير إلى أن الكل الحياة يجب أن يكون له أصل مشترك. يمكن أن تؤدي الاختلافات الصغيرة في الشفرة الجينية إلى ظهور أنواع مختلفة.
يتألف تسلسل الكود الجيني من مجموعات من ثلاثة نيوكليوتيدات ، يُطلق على كل منها اسم كودون وهي مسؤولة عن تصنيع حمض أميني محدد (عديد ببتيد).
تأتي هذه النيوكليوتيدات من أربعة أنواع مختلفة من القواعد النيتروجينية: الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، الجوانين (G) ، والسيتوزين (C) في الحمض النووي ، والأدينين (A) ، اليوراسيل (U) ، الجوانين (G) ، والسيتوزين (C) في RNA.
بهذه الطريقة ، يتم إنشاء سلسلة تصل إلى 64 كودونًا ، 61 منها تشكل الشفرة نفسها (أي أنها تصنع الأحماض الأمينية) و 3 علامات بداية وإيقاف في التسلسل.
باتباع الترتيب الذي تحدده هذه البنية الجينية ، فإن الخلايا يمكن للجسم جمع الأحماض الأمينية وتوليف بروتينات معينة تؤدي وظائف معينة في الجسم.
خصائص الكود الجيني
يحتوي الكود الجيني على سلسلة من الخصائص الأساسية ، وهي:
- عالمية كما قلنا من قبل ، تشترك جميع الكائنات الحية في الشفرة الجينية ، من فايروس ص بكتيريا حتى الأشخاص, النباتات ص الحيوانات. هذا يعني أن كودون معين مرتبط بنفس الحمض الأميني ، بغض النظر عن الكائن الحي. هناك 22 رمزًا جينيًا مختلفًا معروفًا ، وهي أشكال مختلفة من الشفرة الجينية القياسية في كودون واحد أو اثنين فقط.
- النوعية الكود محدد للغاية ، أي لا توجد أكواد كودون لأكثر من حمض أميني واحد ، دون تداخل ، على الرغم من أنه في بعض الحالات قد تكون هناك أكواد بداية مختلفة ، والتي تسمح بتركيب بروتينات مختلفة من نفس الكود.
- استمرارية. الكود مستمر وليس له أي انقطاعات من أي نوع ، كونه سلسلة طويلة من الأكواد التي يتم نسخها دائمًا بنفس المعنى والاتجاه ، من كودون البداية إلى كود الإيقاف.
- تنكس. يحتوي الكود الجيني على حالات زائدة عن الحاجة ، ولكن لا يوجد أي غموض مطلقًا ، أي أن اثنين من الكودونات يمكن أن تتوافق مع نفس الحمض الأميني ، ولكن لا يوجد نفس الكودون أبدًا مع اثنين من الأحماض الأمينية المختلفة. وبالتالي ، هناك أكواد مختلفة أكثر مما هو ضروري للحد الأدنى لتخزين المعلومات الجينية.
اكتشاف الكود الجيني
وجد Nirenberg و Matthaei أن كل كودون يشفر حمض أميني.تم اكتشاف الشفرة الجينية في الستينيات ، بعد أن اكتشف العلماء الأنجلو ساكسونيون روزاليند فرانكلين (1920-1958) وفرانسيس كريك (1916-2004) وجيمس واتسون وموريس ويلكينز (1916-2004) هيكل الحمض النووي، بدء الدراسة الجينية لتخليق البروتين الخلوي.
في عام 1955 تمكن العلماء Severo Ochoa و Marianne Grunberg-Manago من عزل إنزيم فوسفوراز عديد النوكليوتيد. وجدوا أنه في وجود أي نوع من النيوكليوتيدات ، بنى هذا البروتين mRNA أو مرسالًا مكونًا من نفس قاعدة النيتروجين ، أي عديد ببتيد نيوكليوتيد واحد. يلقي هذا الضوء على الأصل المحتمل لكل من DNA و RNA.
اقترح الروسي الأمريكي جورج جامو (1904-1968) نموذج الشفرة الجينية المكونة من مجموعات القواعد النيتروجينية المعروفة اليوم. ومع ذلك ، أظهر كريك وبرينر ومعاونوهم أن الكودونات تتكون من ثلاث قواعد نيتروجينية فقط.
تم الحصول على أول دليل على المراسلات بين نفس الكودون والحمض الأميني في عام 1961 بفضل مارشال وارين نيرنبرغ وهاينريش ماتاي.
تطبيق طرقو Nirenberg و Philip Leder كانوا قادرين على ترجمة 54 من الكودونات المتبقية. بعد ذلك ، أكمل Har Gobind Khorana نسخ الرمز. حصل العديد من المشاركين في هذا السباق لكسر الشفرة الوراثية على جائزة نوبل في الطب.
وظيفة الكود الجيني
تعتبر وظيفة الكود الجيني أمرًا حيويًا في تخليق البروتينات ، أي في تصنيع المركبات الأولية الأساسية لوجود الحياة كما نفهمها. لذلك ، فهو النمط الأساسي للبناء الفسيولوجي لـ الكائنات الحيةوأنسجته وإنزيماته ومواده وسوائله.
لهذا ، تعمل الشفرة الجينية كقالب في الحمض النووي ، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي منه ، وهو نوع من صورة معكوسة. ثم ينتقل في الحمض النووي الريبي إلى العضيات الخلوية المسؤولة عن تكوين البروتينات (الريبوسومات).
يبدأ التركيب في الريبوسومات وفقًا للنمط الذي ينتقل من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. وبالتالي يرتبط كل جين بحمض أميني ، مما يؤدي إلى بناء سلسلة من عديد الببتيدات. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الشفرة الجينية.
أصل الشيفرة الجينية
ربما يكون أصل الشفرة الجينية هو أكبر لغز في الحياة. من البديهي ، نظرًا لأنه من الشائع لجميع الكائنات الحية المعروفة ، أن ظهورها على الكوكب كان قبل ظهور الكائن الحي الأول ، أي الخلية البدائية التي من شأنها أن تؤدي إلى ظهور الجميع. ممالك الحياة.
في البداية ، من المحتمل أنه كان أقل شمولاً وكان يحتوي فقط على المعلومات اللازمة لترميز عدد قليل من الأحماض الأمينية ، لكنه كان سيزداد تعقيدًا مع نشأة الحياة وتطورها.