รหัสพันธุกรรม

ชุดกฎที่เชื่อมโยงรหัสพันธุกรรมสามตัวอักษรของนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวเข้ากับกรดอะมิโนหรือสัญญาณหยุด และการทดลองที่ไขความลับของมัน

Definition

รหัสพันธุกรรมคือความสัมพันธ์ระหว่างนิวคลีโอไทด์สามตัว (โคดอน) 64 ตัวของ messenger RNA และกรดอะมิโนมาตรฐาน 20 ชนิดรวมถึงสัญญาณหยุดการแปล ซึ่งอ่านในกรอบที่กำหนดเพื่อระบุลำดับของโปรตีน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม: การอ่านแบบสามตัวอักษร, ไม่ทับซ้อนกัน, ไม่มีเครื่องหมายวรรคตอน; การกำหนดรหัสพันธุกรรม-กรดอะมิโน รวมถึงรหัสเริ่มต้นและรหัสหยุด; ความเสื่อมและการโยกคลอน; กรอบการอ่าน; และความเป็นสากลของรหัสพันธุกรรมพร้อมข้อยกเว้นที่ทราบ รหัสพันธุกรรมจะถูกกล่าวถึงในตัวเอง ส่วนกลไกที่อ่านรหัสพันธุกรรมจะครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับไรโบโซมและ tRNA

Core questions

• มีการยืนยันได้อย่างไรว่ารหัสพันธุกรรมถูกอ่านเป็นสามตัวอักษรที่ไม่ทับซ้อนกัน?
• มีการกำหนดโคดอนแต่ละตัวให้กับกรดอะมิโนได้อย่างไร?
• ทำไมรหัสพันธุกรรมจึงมีโคดอนมากกว่ากรดอะมิโน และการโยกคลอนคืออะไร?
• รหัสพันธุกรรมมีความเป็นสากลเพียงใด และมีข้อยกเว้นอะไรบ้าง?

Key theories

รหัสแบบสามตัวอักษร ไม่ทับซ้อนกัน

ข้อมูลทางพันธุกรรมถูกอ่านเป็นกลุ่มของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่ต่อเนื่องกันโดยไม่มีการทับซ้อนกัน ดังนั้นกรอบการอ่านที่กำหนดจะระบุว่าโคดอนใดถูกอ่าน; การเลื่อนกรอบการอ่านจะทำให้ข้อความที่อยู่ถัดไปสับสน

ความเสื่อมและการโยกคลอน

กรดอะมิโนส่วนใหญ่ถูกเข้ารหัสโดยโคดอนพ้องความหมายหลายตัวที่มักจะใช้สองตำแหน่งแรกเหมือนกัน และการจับคู่ที่ยืดหยุ่นในตำแหน่งโคดอนที่สาม (การโยกคลอน) ทำให้ tRNA ตัวเดียวสามารถอ่านโคดอนได้มากกว่าหนึ่งตัว

Mechanisms

รหัสพันธุกรรมถูกถอดรหัสโดยการแปล RNA สังเคราะห์ในระบบไร้เซลล์: แม่แบบ poly(U) นำการสังเคราะห์ polyphenylalanine โดยกำหนด UUU ให้เป็น phenylalanine และการใช้พอลิเมอร์และโคดอนสามตัวที่กำหนดไว้อย่างเป็นระบบทำให้สามารถกำหนดโคดอนที่เหลือได้ โคดอน 64 ตัวประกอบด้วยโคดอนที่มีความหมาย 61 ตัวที่ระบุกรดอะมิโน และโคดอนหยุด 3 ตัว; โคดอนเริ่มต้นเพียงตัวเดียวก็กำหนดกรอบการอ่านด้วย ความเสื่อมทำให้โคดอนพ้องความหมายรวมตัวกันเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่สามมักจะไม่มีผล และการจับคู่แบบโยกคลอนช่วยประหยัดจำนวน tRNA ที่จำเป็น

Clinical relevance

เนื่องจากกรอบการอ่านและเอกลักษณ์ของโคดอนเป็นตัวกำหนดลำดับโปรตีน การกลายพันธุ์แบบจุด การกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย และการเลื่อนกรอบการอ่านจึงมีผลกระทบที่คาดการณ์ได้ต่อผลิตภัณฑ์โปรตีนและเป็นสาเหตุของภาวะทางพันธุกรรมหลายอย่าง; นำเสนอในฐานะความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

การทดลอง poly(U) ของ Nirenberg และ Matthaei ในปี 1961 เป็นการกำหนดโคดอนครั้งแรก; พอลิเมอร์ที่กำหนดโดย Khorana, การจัดลำดับ tRNA ของ Holley และข้อเสนออะแดปเตอร์และการโยกคลอนของ Crick ทำให้รหัสพันธุกรรมสมบูรณ์ ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 1968

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Francis Crick
• Robert Holley

Seminal works

• nirenberg1961
• watson2013

Frequently asked questions

มีโคดอนกี่ตัวและเข้ารหัสอะไรบ้าง?

มีโคดอน 64 ตัว: 61 ตัวระบุกรดอะมิโนและ 3 ตัวเป็นสัญญาณหยุด; โคดอนหนึ่งตัวยังทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นปกติ ซึ่งกำหนดกรอบการอ่าน

การโยกคลอนคืออะไร?

การจับคู่เบสที่ยืดหยุ่นในตำแหน่งโคดอนที่สามที่ช่วยให้ transfer RNA หนึ่งตัวสามารถจดจำโคดอนพ้องความหมายหลายตัวได้ ซึ่งช่วยลดจำนวน tRNA ที่เซลล์ต้องการ