9 thuộc tính quan trọng nhất của mã di truyền

Một số tính chất quan trọng nhất của mã di truyền như sau:

1. Mã này là một bộ ba mã hóa:

Các nucleotide của mRNA được sắp xếp như một chuỗi các codon tuyến tính, mỗi codon bao gồm ba bazơ nitơ kế tiếp nhau, tức là mã này là một codon bộ ba. Khái niệm về bộ ba mã hóa đã được hỗ trợ bởi hai loại đột biến điểm: đột biến dịch chuyển khung và thay thế cơ sở.

(i) Đột biến khung hình:

Rõ ràng, thông điệp di truyền một khi được bắt đầu tại một điểm cố định được đọc trong một khung xác định trong một loạt ba chữ cái. Khung sẽ bị xáo trộn ngay khi có xóa hoặc thêm một hoặc nhiều căn cứ.

Khi các đột biến dịch chuyển khung như vậy được xen kẽ, sau đó trong một số kết hợp nhất định, chúng tạo ra gen bình thường kiểu hoang dã. Nó đã được kết luận rằng một trong số chúng đã bị xóa và một phần bổ sung khác, do đó thứ tự khung bị xáo trộn do đột biến sẽ được khôi phục bởi cái kia (Hình 38, 26).

(ii) Thay thế cơ sở:

Nếu trong một phân tử mRNA tại một điểm cụ thể, một cặp bazơ được thay thế bằng một cặp khác mà không có bất kỳ sự xóa hay bổ sung nào, ý nghĩa của một codon chứa một bazơ bị thay đổi như vậy sẽ bị thay đổi. Kết quả là, thay cho một axit amin cụ thể tại một vị trí cụ thể trong polypeptide, một axit amin khác sẽ được kết hợp.

Hình ảnh lịch sự: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

Ví dụ, do đột biến thay thế, trong gen của enzyme tryptophan synthetase ở E. coli, codon GGA cho glycine trở thành một codon sai lầm AGA mã hóa cho arginine. Missence codon là một codon trải qua một sự thay đổi để chỉ định một axit amin khác.

Một bằng chứng trực tiếp hơn cho mã bộ ba xuất phát từ việc phát hiện ra rằng một mảnh mRNA chứa 90 nucleotide, tương ứng với chuỗi polypeptide gồm 30 axit amin của phân tử hemoglobin đang phát triển. Tương tự, 1200 nucleotide của virut hoại tử thuốc lá Vệ tinh trực tiếp điều khiển quá trình tổng hợp các phân tử protein vỏ có 372 axit amin.

2. Mã không chồng chéo:

Khi dịch các phân tử mRNA, các codon không trùng nhau nhưng được đọc theo kiểu tuần tự (Hình 38, 27). Do đó, một mã không chồng lấp có nghĩa là một cơ sở trong mRNA không được sử dụng cho các codon khác nhau. Trong hình 38.28, người ta đã chỉ ra rằng một mã chồng chéo có thể có nghĩa là mã hóa bốn axit amin từ sáu bazơ.

Tuy nhiên, trong thực tế sáu mã cơ sở cho không quá hai axit amin. Ví dụ, trong trường hợp mã chồng lấp, một thay đổi duy nhất (loại thay thế) trong chuỗi cơ sở sẽ được phản ánh trong sự thay thế của nhiều hơn một axit amin trong protein tương ứng. Nhiều ví dụ đã tích lũy từ năm 1956, trong đó một sự thay thế bazơ duy nhất dẫn đến một sự thay đổi axit amin duy nhất trong insulin, tryptophan synthelase, protein áo TMV, phosphatase kiềm, hemoglobin, v.v.

Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng trong vi khuẩn ɸ × l74 có khả năng chồng chéo các gen và codon (Thùng và đồng nghiệp, 1976; Sanger, et al., 1977).

3. Mã là commaless:

Mã di truyền là commaless, có nghĩa là không có codon nào được dành riêng cho dấu chấm câu. Điều đó có nghĩa là sau khi một axit amin được mã hóa, axit amin thứ hai sẽ tự động, được mã hóa bởi ba chữ cái tiếp theo và không có chữ cái nào bị lãng phí như dấu chấm câu (Hình 38, 29).

4. Mã không mơ hồ:

Mã không mơ hồ có nghĩa là một codon cụ thể sẽ luôn mã cho cùng một axit amin. Trong trường hợp mã mơ hồ, cùng một codon có thể có ý nghĩa khác nhau hoặc nói cách khác, cùng một codon có thể mã hai hoặc nhiều hơn hai axit amin khác nhau. Nói chung, theo quy luật, cùng một codon sẽ không bao giờ mã hóa cho hai axit amin khác nhau.

Tuy nhiên, có một số trường hợp ngoại lệ được báo cáo cho quy tắc này: cả hai codon AUG và GUG đều có thể mã hóa methionine là khởi đầu hoặc bắt đầu codon, mặc dù GUG có nghĩa là valine. Tương tự như vậy, mã hóa GGA cho hai axit amin glycine và axit glutamic.

5. Mã có cực tính:

Mã luôn được đọc theo một hướng cố định, nghĩa là theo hướng 5 '→ 3. Nói cách khác, codon có cực tính. Rõ ràng là nếu mã được đọc theo hướng ngược lại, nó sẽ chỉ định hai loại protein khác nhau, vì codon sẽ có chuỗi cơ sở đảo ngược:

6. Mã bị suy biến:

Nhiều hơn một codon có thể chỉ định cùng một axit amin; điều này được gọi là suy biến của mã. Ví dụ, ngoại trừ tryptophan và methionine, mỗi loại có một codon, tất cả 18 axit amin khác đều có nhiều hơn một codon. Do đó, chín axit amin, cụ thể là phenylalanine, tyrosine, histidine, glutamine, asparagine, lysine, axit aspartic, axit glutamic và cysteine, mỗi loại có hai codon. Isoleucine có ba codon. Năm axit amin, cụ thể là valine, proline, threonine, alanine và glycine, có bốn codon mỗi loại. Ba axit amin là leucine, arginine và serine có sáu codon mỗi loại (xem Bảng 38.5).

Sự suy biến mã về cơ bản có hai loại: một phần và hoàn chỉnh. Thoái hóa một phần xảy ra khi hai nucleotide đầu tiên giống hệt nhau nhưng nucleotide thứ ba (nghĩa là 3 ′ cơ sở) của các codon thoái hóa khác nhau, ví dụ mã CUU và CUC cho leucine, Thoái hóa hoàn toàn xảy ra khi bất kỳ trong bốn cơ sở có thể chiếm vị trí thứ ba và vẫn còn mã cho cùng một axit amin (ví dụ, mã UCU, UCC, UCA và UCG cho serine).

Sự thoái hóa của mã di truyền có những lợi thế sinh học nhất định. Ví dụ, về cơ bản, nó cho phép bổ sung cùng một loại enzyme và các protein khác được chỉ định bởi các vi sinh vật khác nhau rất nhiều trong thành phần cơ sở DNA của chúng. Thoái hóa cũng cung cấp một cơ chế giảm thiểu sát thương đột biến.

7. Một số mã đóng vai trò là codon khởi động:

Trong hầu hết các sinh vật, codon AUG là codon khởi đầu hoặc khởi đầu, tức là chuỗi polypeptide bắt đầu bằng methionine (eukaryote) hoặc N- formylmethionine (prokaryote). Methionyl hoặc N-formylmethionyl-tRNA liên kết đặc biệt với vị trí khởi đầu của mRNA có chứa codon khởi đầu AUG. Trong những trường hợp hiếm hoi, GUG cũng đóng vai trò là codon khởi đầu, ví dụ, tổng hợp protein của vi khuẩn. Thông thường, mã GUG cho valine, nhưng khi codon AUG bình thường bị mất do xóa, chỉ sau đó GUG được sử dụng làm codon khởi đầu.

8. Một số mã đóng vai trò là codon dừng:

Ba codon UAG, UAA và UGA là các codon dừng hoặc kết thúc chuỗi. Họ không mã hóa cho bất kỳ axit amin. Các codon này không được đọc bởi bất kỳ phân tử tRNA nào (thông qua anticodon của chúng), nhưng được đọc bởi một số protein cụ thể, được gọi là các yếu tố giải phóng (ví dụ: RF-1, RF-2, RF-3 trong sinh vật nhân sơ và RF ở sinh vật nhân chuẩn). Các codon này còn được gọi là codon vô nghĩa, vì chúng không chỉ định bất kỳ axit amin nào.

UAG là codon chấm dứt đầu tiên được phát hiện bởi Sidney Brenner (1965). Nó được đặt tên là hổ phách theo tên của một sinh viên tốt nghiệp tên Bernstein (= từ tiếng Đức có nghĩa là 'hổ phách' và hổ phách có nghĩa là màu vàng nâu), người giúp phát hiện ra một lớp đột biến. Rõ ràng, để mang lại sự đồng nhất, hai codon kết thúc khác cũng được đặt tên theo các màu như màu nâu đất cho UAA và opal hoặc umber cho UGA. (Ocher có nghĩa là màu vàng đỏ hoặc vàng nhạt; opal có nghĩa là màu trắng sữa và màu nâu có nghĩa là màu nâu). Sự tồn tại của nhiều hơn một codon dừng có thể là một biện pháp an toàn, trong trường hợp codon đầu tiên không hoạt động.

9. Mã này là phổ quát:

Mã di truyền giống nhau được tìm thấy hợp lệ cho tất cả các sinh vật khác nhau, từ vi khuẩn đến con người. Tính phổ biến của mã này đã được chứng minh bởi Marshall, Caskey và Nirenberg (1967), người đã phát hiện ra rằng E. coli (Bacterium), Xenopus laevis (Amphibian) và chuột lang (động vật có vú) sử dụng gần như cùng một mã. Nirenberg cũng đã tuyên bố rằng mã di truyền có thể đã phát triển 3 tỷ năm trước với những vi khuẩn đầu tiên và nó đã thay đổi rất ít trong suốt quá trình tiến hóa của các sinh vật sống.

Gần đây, một số khác biệt đã được phát hiện giữa mã di truyền phổ quát và mã di truyền ty thể (Bảng 38.6).

Bảng 38.6. Sự khác biệt giữa 'mã di truyền phổ quát' và hai mã di truyền ty thể:

* Kiểu in nghiêng chỉ ra rằng mã khác với mã 'phổ quát'.