FacebookTwitterEmailPrint
Mi a DNS-kód?
A DNS-kód valójában az “élet nyelve”. Az élőlények létrehozásának utasításait tartalmazza. A DNS-kód egy egyszerű ábécéből áll, amely mindössze négy “betűből” és 64 hárombetűs “szóból”, úgynevezett kodonokból áll. Talán nehéz elhinni, hogy az élet csodálatos sokszínűségének nagy része egy, az angolnál egyszerűbb “nyelven” alapul – de ez az igazság.
Ez a kód nem szó szerint betűkből és szavakból áll. Ehelyett a négy betű négy önálló molekulát, úgynevezett nukleotidokat jelöl: timin (T), adenin (A), citozin (C) és guanin (G). Ezeknek a bázisoknak a sorrendje vagy sorrendje hozza létre az egyedi genetikai kódot.
A genetikai kódban ezek a kodon “szavak” mindegyike három nukleotid hosszú – és ezekből 64 van. Ha kiszámolod, ez annyi hárombetűs kombinációs szó, ahány három betűből álló kombinációt csak négy betűvel lehet létrehozni. Az ATG és a CCC csak néhány példa a kodonokra.
Amint ahogy az olyan emberi nyelvekben, mint az angol, több van, mint betűk és szavak, például írásjelek, vesszők stb., ugyanez igaz a genetikai kódra is. Például ahelyett, hogy a mondat elejét nagybetűvel írnánk, a genetikai kód szinte mindig ATG-vel, az egyik ilyen hárombetűs kodonnal jelzi az új utasítások kezdetét.
És a pontok helyett a gének három különböző kodon egyikével végződnek: TAG, TAA vagy TGA. A DNS-nek vannak más részei is, amelyek nem kodonok, és amelyek egyfajta írásjelként vagy jelzésként szolgálhatnak, amelyek például jelzik, hogy mikor, hol és milyen erősen kell leolvasni egy gént.
Hogyan kódolja a DNS az információt?
A DNS egyik legfontosabb módja a sejteken belüli információ kódolása a géneken keresztül. Az embereknek körülbelül 20 000 génjük van. Minden gén egy adott fehérje előállításának utasításait tartalmazza, és minden fehérje egy adott feladatot lát el a sejtben.
A laktáz gén például a laktáz fehérje előállításának utasításait tartalmazza. A laktázfehérje lebontja a tejben található cukrot, a laktózt. A kikapcsolt laktáz génnel rendelkező emberek laktózérzékenyek.
A fehérjék előállításának utasításait a korábban tárgyalt három nukleotid kodonok kódolják. De akárcsak egy utasításkészletet, amelyet el kell olvasni ahhoz, hogy valami felépüljön, a DNS-ben kódolt utasításokat is el kell olvasni.
A laktázfehérje előállítására szolgáló kódot tartalmazó DNS például nem lesz képes lebontani a laktózcukrot. Ehelyett a laktóz megemésztéséhez a sejtnek először le kell olvasnia a gént, majd elő kell állítania a laktázfehérjét.
A gén leolvasásának első lépése az információ átvitele a DNS-ről a hírvivő RNS-re (mRNS) egy RNS-polimeráz nevű fehérje segítségével (az emberben a laktázhoz hasonló géneket leolvasó polimeráz az RNS-polimeráz II). Ezt a folyamatot nevezzük átírásnak.
Az mRNS ezután átmegy a sejtben lévő, riboszómának nevezett fehérjekészítő gépezethez. Ott az mRNS-t lefordítják az adott fehérjévé, amelyhez az utasításokat tartalmazza. A laktáz mRNS-t a riboszómában fordítják le a laktáz fehérjévé.
Mit kódolnak a kodonok?
A kodon egy három nukleotidból álló szekvencia a DNS vagy az RNS egy szálán. Minden egyes kodon olyan, mint egy hárombetűs szó, és ezek a kodonok együttesen alkotják a DNS (vagy RNS) utasításait. Mivel a DNS-ben és az RNS-ben csak négy nukleotid van, csak 64 lehetséges kodon létezik.
A 64 kodon közül 61 az aminosavakat kódolja, amelyek a fehérjék építőkövei. A fehérjéket aminosavak sorozatának összekapcsolásával állítjuk elő. Az egyes fehérjék az aminosavak sorrendje és száma miatt különböznek egymástól. A DNS-kód tehát valójában nem más, mint az aminosavak megfelelő számú és típusú, megfelelő sorrendben történő összefűzésének utasításai.
A három olyan kodont, amelyek nem aminosavakat kódolnak, stop kodonoknak nevezzük. Gondoljunk rájuk úgy, mint pontokra a mondat végén. Ezek a stop jelként szolgálnak, amelyek azt jelzik a riboszómának, hogy a fehérje utasításainak végére ért, és abba kell hagynia az aminosavak hozzáadását. Az RNS-ben a nukleotid bázis timin (T) helyébe az uracil (U) nukleotid bázis lép. Az mRNS-ben a három stopkódon az UAG, az UAA és az UGA.
Míg az aminosavakat 61 kodon kódolja, az embernek csak 20 aminosava van, ezért a szükségesnél több kodon van. Ezt nevezzük redundanciának. Egy aminosavnak egynél több kodon is kódolhatja. Például az UUU és az UUC is kódolja a fenilalanin (Phe) aminosavat.
A redundancia segít csökkenteni a DNS-ben bekövetkező változások hatását. Ahhoz, hogy egy fehérje optimálisan működjön, a megfelelő aminosavnak a megfelelő helyen kell lennie. Bármilyen változás egy génben, amely az egyik aminosavat egy másikra cseréli, a fehérje működésének leállását okozhatja.
Míg a laktázgén esetében ez nem jelenthet nagy problémát (csak Lactaidot kell szedni, ha tejet iszunk), más gének esetében a hatások súlyosabbak lehetnek. A sarlósejtes vérszegénység egy olyan eset, amikor a béta globin génben egyetlen aminosav változása vezet a betegséghez.
A redundancia miatt a mutációk kisebb valószínűséggel vezetnek aminosavváltozásokhoz és így esetleges betegséghez, mivel a DNS egyes változásai, az úgynevezett csendes mutációk, ugyanazt az aminosavat eredményezik. Ha például az UCU-ban az UCU utolsó U-ját egy C helyettesíti, hogy UCC alakuljon ki, a kodon még mindig ugyanazt az aminosavat fogja előállítani: szerin (Ser). Ha egynél több kodon van aminosavanként, az megakadályozhatja egy nem funkcionális fehérje létrejöttét.
Hány lehetséges kodon van?
A legtöbb szervezetnek, így az embernek is, hasonló genetikai kódja van, 64 kodonnal, amelyek ugyanúgy működnek. Valójában még az “univerzális genetikai kód” névre is hallgat. Ilyen például az ACG, amely az emberekben, macskákban és növényekben a treonin (Thr) aminosavat kódolja.
A legújabb kutatások azonban azt mutatják, hogy egyes baktériumoknak másként kódoló kodonjaik vannak. Például az UGA stopkódon egyes baktériumokban a glicin (Gly) aminosavat kódolhatja. Hasonlóképpen, az UGA stopkódon egyes organizmusokban a mitokondriumokban a triptofánt kódolhatja.
Mire ad kódot a DNS?
A sejtekben lévő DNS-nek csak körülbelül két százaléka kódol valójában fehérjéket. A többit néha még szemét DNS-nek is nevezik – de a tudósok talán kicsit elhamarkodottan nevezték így. Ennek a nem kódoló DNS-nek számos különböző funkciója van a sejtben, például a gének szabályozása. A nem kódoló DNS segíthet a gének be- és kikapcsolásában, helyet biztosíthat a fehérjék számára, ahová kötődhetnek, hogy elvégezhessék a munkájukat, és így tovább. A nem kódoló DNS tanulmányozása jelenleg is aktív kutatási terület.