الشفرة الوراثية
القواعد التي تربط كل كودون ثلاثي الحروف من النيوكليوتيدات بحمض أميني أو إشارة توقف، والتجارب التي فكت شفرتها.
Definition
الشفرة الوراثية هي التوافق بين 64 ثلاثية نيوكليوتيدية (كودونات) من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) و20 حمضًا أمينيًا قياسيًا بالإضافة إلى إشارات التوقف الترجمي، وتُقرأ في إطار ثابت لتحديد تسلسل البروتين.
Scope
يغطي هذا الموضوع بنية الشفرة الوراثية وخصائصها: قراءتها الثلاثية، غير المتداخلة، والخالية من الفواصل؛ وتعيينات الكودون-الحمض الأميني بما في ذلك كودونات البدء والتوقف؛ والانحلال (degeneracy) والتذبذب (wobble)؛ وإطار القراءة؛ وشبه عالمية الشفرة مع استثناءاتها المعروفة. يتناول الموضوع الشفرة نفسها؛ أما الآلية التي تقرأها فتُغطى في مواضيع مصاحبة حول الريبوسوم والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA).
Core questions
- كيف تم إثبات أن الشفرة تُقرأ في ثلاثيات غير متداخلة؟
- كيف تم تخصيص الكودونات الفردية للأحماض الأمينية؟
- لماذا تحتوي الشفرة على عدد كودونات أكثر من الأحماض الأمينية، وما هو التذبذب (wobble)؟
- ما مدى عالمية الشفرة، وما هي الاستثناءات الموجودة؟
Key theories
- شفرة ثلاثية غير متداخلة
- تُقرأ المعلومات الوراثية في مجموعات متتالية من ثلاثة نيوكليوتيدات دون تداخل، لذا يحدد إطار قراءة محدد الكودونات التي تُقرأ؛ وتؤدي تغييرات الإطار (frameshifts) إلى تشويش الرسالة في الاتجاه السفلي.
- الانحلال (Degeneracy) والتذبذب (Wobble)
- تُشفر معظم الأحماض الأمينية بواسطة عدة كودونات مترادفة تتشارك عادةً في أول موقعين لها، ويسمح الاقتران المرن في الموضع الثالث للكودون (التذبذب) لحمض نووي ريبوزي ناقل (tRNA) واحد بقراءة أكثر من كودون واحد.
Mechanisms
تم فك شفرة الكود عن طريق ترجمة الحمض النووي الريبوزي الاصطناعي في أنظمة خالية من الخلايا: قالب poly(U) وجه تخليق عديد الفينيل ألانين (polyphenylalanine)، مما خصص UUU للفينيل ألانين، والاستخدام المنهجي للبوليمرات والثلاثيات المحددة خصص الكودونات المتبقية. تشمل الكودونات الـ 64 عدد 61 كودونًا حسيًا يحدد الأحماض الأمينية و3 كودونات توقف؛ كما يحدد كودون بدء واحد إطار القراءة. يركز الانحلال (degeneracy) الكودونات المترادفة بحيث تكون التغييرات في الموضع الثالث غالبًا صامتة، ويوفر الاقتران المتذبذب (wobble pairing) في عدد الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) المطلوب.
Clinical relevance
نظرًا لأن إطار القراءة وهوية الكودون تحدد تسلسل البروتين، فإن الطفرات النقطية، والطفرات اللاسوية (nonsense mutations)، وتغييرات الإطار (frameshifts) لها عواقب متوقعة على المنتجات البروتينية وتكمن وراء العديد من الحالات الوراثية؛ تُقدم هذه المعلومات كأهمية وليست إرشادات سريرية.
History
أجرت تجربة Nirenberg وMatthaei عام 1961 باستخدام poly(U) أول تعيين للكودون؛ وأكملت بوليمرات Khorana المحددة، وتسلسل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) لهولي، ومقترحات Crick للمهايئ والتذبذب الشفرة، والتي تم الاعتراف بها بجائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1968.
Key figures
- Marshall Nirenberg
- Har Gobind Khorana
- Francis Crick
- Robert Holley
Related topics
Seminal works
- nirenberg1961
- watson2013
Frequently asked questions
- كم عدد الكودونات وماذا تشفر؟
- يوجد 64 كودونًا: 61 منها تحدد الأحماض الأمينية و3 هي إشارات توقف؛ كما يعمل كودون واحد كبداية معتادة، ويحدد إطار القراءة.
- ما هو التذبذب (wobble)؟
- اقتران قاعدي مرن في الموضع الثالث للكودون يسمح لحمض نووي ريبوزي ناقل (transfer RNA) واحد بالتعرف على عدة كودونات مترادفة، مما يقلل من عدد الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) التي تحتاجها الخلية.