FacebookTwitterEmailTulosta
Mikä on DNA-koodi?
DNA-koodi on oikeastaan ”elämän kieli”. Se sisältää ohjeet elävän olennon tekemiseen. DNA-koodi koostuu yksinkertaisista aakkosista, jotka koostuvat vain neljästä ”kirjaimesta” ja 64 kolmikirjaimisesta ”sanasta”, joita kutsutaan koodoneiksi. Saattaa olla vaikea uskoa, että suurin osa elämän ihmeellisestä monimuotoisuudesta perustuu englantia yksinkertaisempaan ”kieleen” – mutta se on totta.
Tämä koodi ei kirjaimellisesti koostu kirjaimista ja sanoista. Sen sijaan neljä kirjainta edustavat neljää yksittäistä molekyyliä, joita kutsutaan nukleotideiksi: tymiini (T), adeniini (A), sytosiini (C) ja guaniini (G). Näiden emästen järjestys tai järjestys luo ainutlaatuisen geneettisen koodin.
Nämä geneettisen koodin koodonien ”sanat” ovat kukin kolme nukleotidia pitkiä – ja niitä on 64 kappaletta. Jos teet laskutoimituksen, tämä on niin monta kolmen kirjaimen yhdistelmäsanaa kuin on mahdollista saada vain neljällä kirjaimella. ATG ja CCC ovat pari esimerkkiä koodoneista.
Aivan kuten englannin kaltaisissa ihmiskielissä on muutakin kuin kirjaimia ja sanoja, kuten välimerkkejä, pilkkuja jne., sama pätee geneettiseen koodiin. Esimerkiksi sen sijaan, että lauseen alku kirjoitettaisiin isolla alkukirjaimella, geneettisessä koodissa uusien ohjeiden alku merkitään lähes aina ATG:llä, yhdellä noista kolmikirjaimisista koodoneista.
Ja pisteiden sijaan geenit päättyvät yhteen kolmesta eri koodonista: TAG, TAA tai TGA. DNA:ssa on muitakin osia, jotka eivät ole koodoneja ja jotka voivat toimia eräänlaisina välimerkkeinä tai signaaleina, jotka esimerkiksi ilmaisevat, milloin, missä ja kuinka voimakkaasti geeni pitäisi lukea.
Miten DNA koodaa tietoa?
Yksi tärkeimmistä tavoista, joilla DNA koodaa tietoa solujen sisällä, ovat geenit. Ihmisellä on noin 20 000 geeniä. Jokaisella geenillä on ohjeet tietyn proteiinin valmistamiseen, ja jokainen proteiini tekee tiettyä tehtävää solussa.
Esimerkiksi laktaasigeenillä on ohjeet laktaasiproteiinin valmistamiseen. Laktaasiproteiini pilkkoo maidossa olevaa sokeria laktoosia. Ihmiset, joiden laktaasigeeni on kytketty pois päältä, ovat laktoosi-intolerantteja.
Ohjeet näiden proteiinien valmistamiseksi on koodattu aiemmin käsitellyissä kolmen nukleotidin koodoneissa. Mutta aivan kuten ohjeet, jotka on luettava, jotta jotain saadaan rakennettua, myös DNA:han koodatut ohjeet on luettava.
Esimerkiksi DNA, jossa on laktaasiproteiinin valmistuskoodi, ei pysty hajottamaan sokeria laktoosia. Sen sijaan laktoosin pilkkomiseksi solun on ensin luettava geeni ja sen jälkeen valmistettava proteiini laktaasi.
Ensimmäinen vaihe geenin lukemisessa on informaation siirtäminen DNA:sta sanansaattaja-RNA:ksi (mRNA) proteiinilla, jota kutsutaan RNA-polymeraasiksi (ihmisillä laktaasin kaltaisia geenejä lukeva polymeraasi on RNA-polymeraasi II). Tätä prosessia kutsutaan transkriptioksi.
MRNA suuntaa sitten solun proteiineja valmistavalle koneelle, jota kutsutaan ribosomiksi. Siellä mRNA käännetään tietyksi proteiiniksi, jota varten sillä on ohjeet. Laktaasin mRNA käännetään ribosomissa proteiiniksi laktaasi.
Mitä koodonit koodaavat?
Kodoni on kolmen nukleotidin sekvenssi DNA- tai RNA-juosteessa. Jokainen kodoni on kuin kolmikirjaiminen sana, ja kaikki nämä kodonit yhdessä muodostavat DNA:n (tai RNA:n) ohjeet. Koska DNA:ssa ja RNA:ssa on vain neljä nukleotidia, mahdollisia koodoneja on vain 64 kappaletta.
64 kodonista 61 koodaa aminohappoja, jotka ovat proteiinien rakennusaineita. Proteiinit valmistetaan liittämällä sarja aminohappoja yhteen. Jokainen proteiini on erilainen sen aminohappojen järjestyksen ja lukumäärän vuoksi. DNA-koodi on siis oikeastaan vain ohjeet aminohappojen oikean määrän ja tyypin yhdistämiseen oikeassa järjestyksessä.
Kolmea koodonia, jotka eivät koodaa aminohappoja, kutsutaan stop-koodoneiksi. Ajattele niitä kuin pisteitä lauseen lopussa. Ne toimivat stop-signaalina, joka kertoo ribosomille, että se on tullut proteiinin ohjeiden loppuun ja lopettaa aminohappojen lisäämisen. RNA:ssa nukleotidin emäs tymiini (T) korvataan nukleotidin emäksellä urasiili (U). Kolme stop-kodonia mRNA:ssa ovat UAG, UAA ja UGA.
Vaikka 61 koodonia koodaa aminohappoja, ihmisellä on vain 20 aminohappoa, joten koodoneja on enemmän kuin on tarpeen. Tätä kutsutaan redundanssiksi. Aminohapolla voi olla useampi kuin yksi sitä koodaava kodoni. Esimerkiksi sekä UUU että UUC koodaavat aminohappoa fenyylialaniinia (Phe).
Redundanssi auttaa vähentämään DNA:ssa tapahtuvien muutosten vaikutusta. Jotta proteiini toimisi optimaalisesti, siinä on oltava oikea aminohappo oikeassa paikassa. Kaikki muutokset geenissä, jotka muuttavat yhden aminohapon toiseksi, voivat aiheuttaa sen, että proteiini lakkaa toimimasta.
Vaikka tämä ei ehkä ole suuri asia laktaasigeenin kohdalla (sinun on vain otettava Lactaidia, kun juot maitoa), muiden geenien kohdalla vaikutukset voivat olla vakavampia. Sirppisoluanemia on tapaus, jossa yhden aminohapon muutos beetaglobiinigeenissä johtaa sairauteen.
Redundanssi tekee mutaatioista epätodennäköisempiä johtaa aminohappomuutoksiin ja siten mahdolliseen sairauteen, koska jotkut DNA:n muutokset, joita kutsutaan hiljaisiksi mutaatioiksi, johtavat samaan aminohappoon. Jos esimerkiksi C korvaa UCU:n viimeisen U:n muodostaen UCC:n, koodoni tuottaa edelleen saman aminohapon: seriinin (Ser). Kun yhdellä aminohapolla on useampi kuin yksi koodoni, voidaan estää toimimattoman proteiinin syntyminen.
Miten monta mahdollista koodonia on olemassa?
Useimmilla organismeilla, kuten ihmisellä, on samanlaiset geneettiset koodit, joissa on 64 koodonia, jotka toimivat samalla tavalla. Itse asiassa siitä käytetään jopa nimeä ”universaali geneettinen koodi”. Yksi esimerkki olisi ACG, joka koodaa aminohappoa treoniini (Thr) ihmisillä, kissoilla ja kasveilla.
Uudet tutkimukset kuitenkin osoittavat, että joillakin bakteereilla on koodoneja, jotka koodaavat eri tavalla. Esimerkiksi stop-kodoni UGA voi koodata joissakin bakteereissa aminohappoa glysiini (Gly). Samoin pysäytyskodoni UGA voi koodata tryptofaania joidenkin organismien mitokondrioissa.
Mihin DNA tarjoaa koodin?
Vain noin kaksi prosenttia solujen sisällä olevasta DNA:sta koodaa itse asiassa proteiineja. Loput kutsutaan joskus jopa roska-DNA:ksi – mutta tiedemiehet ovat ehkä olleet hieman hätäisiä kutsuessaan sitä siksi. Tällä ei-koodaavalla DNA:lla on monia erilaisia tehtäviä solussa, kuten geenien säätely. Koodaamaton DNA voi auttaa käynnistämään ja sammuttamaan geenejä, tarjota proteiineille paikan, johon ne voivat sitoutua, jotta ne voivat tehdä työnsä, ja niin edelleen. Koodaamattoman DNA:n tutkiminen on tällä hetkellä aktiivinen tutkimusalue.