Genetički kod

Usaglašenost u građi DNK, RNK i proteina je očigledna, sva tri molekula su polimeri građeni u vidu lanaca čije su karike (monomeri) nukleotidi (u DNK i RNK) ili aminokiseline (u proteinima). Kako se poruka sadržana u genima preko RNK prenese do proteina? U kom obliku je ta poruka kada nukleinske kiseline i proteini ne ''govore'' istim ''jezikom''?

Upoznavanjem primarne i sekundarne strukture DNK postalo je jasno da je genetička informacija u DNK smeštena u obliku šifre (koda). Sinteza proteina predstavljala bi zapravo proces dešifrovanja ili prevođenja sa ''jezika'' nukleotida na ''jezik'' aminokiselina. Pri tome se genetička informacija koju nosi iRNK, koja je u vidu redosleda nukleotida (''jezik'' nukleotida), prevodi u redosled aminokiselina (''jezik'' aminokiselina) u proteinu. Posrednik (''prevodilac'') u tom preocesu je tRNK koja razume oba ''jezika''.

Genetički kod predstavljen cirkularno

Jezik za prenošenje genetičke poruke od DNK (gena) do proteina naziva se genetička šifra (kod), a sadržana je u redosledu baza na lancu DNK. Njegova je jedinica niz od tri nukleotida (triplet) DNK i on se u celini komplementarno prenosi na i-RNK (koja umesto timina ima uracil). Svaki triplet na i-RNK je kodon za jednu aminokiselinu, a niz međusobno povezanih aminokiselina čini polipeptidni lanac (protein).

Kod, kodon, antikodon

Kod - kodon - antikodon

S obzirom da se proteini sastoje od 20 aminokiselina, a nukleinske kiseline od samo 4 različita nukleotida, jasno je da različite grupe od nekoliko nukleotida predstavljaju šifre za različite aminokiseline. Grupe od po dva nukleotida mogle bi da šifruju samo 16 aminokiselina (4²= 16 ). Zato , broj različitih grupa od po tri nukleotida (triplet) koje mogu da sačine četiri nukleotida iznosi 64 (4³=64), a to je više nego dovoljno za šifrovanje 20 aminokiselina. Tri uzastopna ista ili različita nukleotida DNK (triplet) nazivaju se kod. Kodovi DNK se prepisuju na i-RNK tako da ona sadrži kodone.Prepisivanje se vrši po principu komplementarnosti tako da da se npr. kod DNK ATG (adenin-timin-guanin) prepisuje u kodon UAC na i-RNK. Odnosi između kodona i aminokiselina određeni su skupom znakova koji se nazivaju genetički kod.

Početak i kraj šifre za sintezu jednog polipeptidnog lanca obeleženi su posebnim kodonima. Kodoni u iRNK se čitaju tokom translacije u 5'-3' pravcu počev od start-kodona pa sve dok se ne stigne do stop-kodona. Početak je obeležen start-kodonom (AUG), a kraj stop-kodonima (UAA, UAG i UGA). Start-kodon, osim što predstavlja mesto od koga započinje čitanje i-RNK (translacija) je istovremeno i kodon koji određuje aminokiselinu metionin. Stop-kodoni ne odgovaraju ni jednoj aminokiselini pa se nazivaju i besmislenim kodonima (engl. nonsense). Kodoni iRNK određuju redosled amino kiselina u proteinu koji počinje metioninom (na N-kraju polipeptidnog lanca) pa sve do C-kraja polipeptidnog lanca. (Polipeptidni lanac ima dva kraja: N-kraj na kome se nalazi amino grupa i C-kraj na kome je karboksilna grupa.)

Ulogu prevodioca ove šifre u redosled aminokiselina u proteinu igra t-RNK koja sadrži antikodon. Antikodon je triplet nukleotida t-RNK komplementaran kodonu i-RNK. U zavisnosti od toga koji antikodon sadrži t-RNK će za sebe vezati tačno određenu aminokiselinu. Npr.aminokiselina izoleucin određena je kodonom ATG koji se na i-RNK prepisuje u kodon UAC pa će se izoleucin vezati za t-RNK koja nosi antikodon AUG.

Kako je otkriven genetički kod

Da bi otkrili genetički kod istraživači su morali da shvate kako sekvence nukleotida u DNK ili RNK kodiraju sekvence amino kiselina u polipeptidu. Zamislimo vrlo jednostavan kod, da svaki nukleotid u DNK ili RNK kodira jednu amino kiselinu u polipeptidu. Taj kod ne može da funkcioniše jer, kao što je već rečeno, tako bi bile kodirane samo 4 amino kiseline. Dakle, kod mora da obuhvati nešto složenije od podudaranja nukleotida i amino kiseline.

Pedesetih godina prošlog veka fizičar Džordž Gamov je predvideo da je genetički kod verovatno sastavljan od tripleta nukleotida. Predložio je da tri nukleotida u genu kodiraju jednu amino kiselinu. On je zaključio da ni dubleti (dva nukleotida po amino kiselini) ne bi funkcionisali jer 16 takvih dubleta (4²= 16) nije dovoljno za kodiranje 20 amino kiselina.

Gamov tripletna hipoteza delovala je sasvim logično i bila je široko prihvaćena. Međutim, to još uvek nije bilo eksperimentalno dokazano i još uvek se nije znalo koji tripleti odgovaraju amino kiselinama.

Radom američkog biohemičara Maršala Nirenberga i njegovih saradnika 1961. godine počela je identifikacija specifičnih tripleta koji odgovaraju određenim amino kiselinama.

Svojstva genetičkog koda

Genetički kod pokazuje tri važne osobine:

• univerzalnost,
• izrođenost i
• očitava se bez preklapanja.

Univerzalnost znači da je g. kod isti za sve biološke vrste, odnosno da pojedini kodoni u gotovo svim biološkim vrstama odgovaraju istoj aminokiselini. Univerzalnost genetičkog koda ukazuje da postoji zajednički evolucioni jezik. I pored stotine miliona godina evolucije genetički kod se malo promenio. U izvesnom smislu ljudski genetički kod ima mnogo sličnosti sa kodom bakterija ili biljaka. Minimalne razlike se mogu uporediti sa dijalektima jednog istog jezika, a ne sa dva različita jezika.

Izrođenost (degenerativnost) genetičkog koda znači da jednu aminokiselinu najčešće određuje veći broj kodona. Kodoni koji određuju istu aminokiselinu često su vrlo slični i najčešće se razlikuju samo u trećem nukleotidu, tako da ako dođe do zamene nukleotida to ne predstavlja i zamenu aminokiseline u proteinu.

Očitavanje bez preklapanja (okvir čitanja) znači da nukleotidi jednog kodona nikada ne pripadaju istovremeno i susednim kodonima. Start-kodon je ključni signal. Pošto translacija počinje na start-kodonu i nastavlja se čitanjem po tri uzastupna nukleotida, položaj start-kodona osigurava da se iRNK čita u ispravnom okviru (''tri po tri'').

Tabela standardnog genetičkog koda

Ova tabela pokazuje 64 kodona i aminokiseline koji oni kodiraju.

		Друга база
		U	C	A	G
Прва база	U	UUU (Phe/F) Fenilalanin UUC (Phe/F) Fenilalanin UUA (Leu/L) Leucin UUG (Leu/L) Leucin, Start	UCU (Ser/S) Serin UCC (Ser/S) Serin UCA (Ser/S) Serin UCG (Ser/S) Serin	UAU (Tyr/Y) Tirozin UAC (Tyr/Y) Tirozin UAA Ochre (Stop) UAG Amber (Stop)	UGU (Cys/C) Цистеин UGC (Cys/C) Цистеин UGA Opal (Stop) UGG (Trp/W) Триптофан
	C	CUU (Leu/L) Леуцин CUC (Leu/L) Леуцин CUA (Leu/L) Леуцин CUG (Leu/L) Леуцин, Start	CCU (Pro/P) Пролин CCC (Pro/P) Пролин CCA (Pro/P) Пролин CCG (Pro/P) Пролин	CAU (His/H) Хистидин CAC (His/H) Хистидин CAA (Gln/Q) Глутамин CAG (Gln/Q) Глутамин	CGU (Arg/R) Аргинин CGC (Arg/R) Aргинин CGA (Arg/R) Aргинин CGG (Arg/R) Aргинин
	A	AUU (Ile/I) Изолеуцин, Start2 AUC (Ile/I) Изолеуцин AUA (Ile/I) Изолеуцин AUG (Met/M) Метионин, Start1	ACU (Thr/T) Треонин ACC (Thr/T) Треонин ACA (Thr/T) Tреонин ACG (Thr/T) Tреонин	AAU (Asn/N) Aспарагин AAC (Asn/N) Aспарагин AAA (Lys/K) Лизин AAG (Lys/K) Лизин	AGU (Ser/S) Serin AGC (Ser/S) Serin AGA (Arg/R) Аргинин AGG (Arg/R) Aргинин
	G	GUU (Val/V) Валин GUC (Val/V) Валин GUA (Val/V) Валин GUG (Val/V) Валин, Start2	GCU (Ala/A) Aланин GCC (Ala/A) Aланин GCA (Ala/A) Aланин GCG (Ala/A) Aланин	GAU (Asp/D) Аспаратинска киселина GAC (Asp/D) Аспаратинска киселина GAA (Glu/E) Глутаминска киселина GAG (Glu/E) Глутаминска киселина	GGU (Gly/G) Glicin GGC (Gly/G) Glicin GGA (Gly/G) Glicin GGG (Gly/G) Glicin

¹ Kodon AUG je šifra za aminokiselinu metionin i u isto vreme je sart-kodon.
²Start-kodon samo kod prokariota.

Literatura

• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, Beograd, 1986.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
• Šerban, Nada: ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001.
• https://www.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/central-dogma-transcription/a/the-genetic-code-discovery-and-properties