הקוד הגנטי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
תרשים של הקוד הגנטי

הקוד הגנטי הוא אוסף של כללים שעל פיהם נעשה תרגום ומיפוי של רצפי DNA ו-RNA לרצפים של חלבונים המקודדים על ידם.

הקוד הגנטי בא לידי ביטוי בתהליך של תרגום ביולוגי, שבו מסונתזת מולקולה של חלבון על-פי מידע המצוי במולקולת mRNA. בתאיהם של מרבית היצורים החיים, הקוד הגנטי הוא הקוד הגנטי הסטנדרטי, אך ידועות גם מספר סטיות מקוד זה, למשל בגנום המיטוכונדריאלי.

הקוד הגנטי בוסס לראשונה על ידי מרשל נירנברג (Marshall W. Nirenberg) מהמכונים הלאומיים לבריאות. נירנברג גילה את הקשר בין הקודונים לבין חומצות האמינו שהם מקודדים. הר קוהארה (Har Gobind Khorana) שיכלל את שיטותיו של נירנברג, ויחד הם זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה ולרפואה לשנת 1968.

ביטוי גני[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקטע ברצף ה-DNA שמקודד לשרשרת חלבון נקרא גן. על מנת ליצור מולקולת חלבון, יוצר התא העתק של הגן בצורת מולקולת mRNA שיכולה לעבור דרך מכונת ייצור החלבונים - הריבוזום. רצף מולקולת ה-mRNA מתחלק לשלשות רצופות של נוקלאוטידים הקרויות קודונים. תהליך התרגום מתאים לכל קודון חומצת אמינו ספציפית אחת בחלבון המסונתז. זהות חומצת האמינו נקבעת על-פי הקוד הגנטי.

מולקולת ה-mRNA בנויה מארבעה סוגי נוקלאוטידים המזוהים על-פי הבסיס החנקני שלהם - אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ואורציל (U). הקוד הגנטי מתאר, כאמור, מעבר משלשה רצופה של נוקלאוטידי RNA לחומצת אמינו אחת. הקוד הגנטי הסטנדרטי מתאר מעבר ל-20 חומצות האמינו השכיחות בטבע, ובנוסף לשלושה קודונים המקודדים לסיום התרגום. כשהריבוזום מזהה קודון סיום נפסק תהליך התרגום.

קיימים 64 קודונים שונים בקוד הגנטי (ארבעה סוגי נוקלאוטידים בחזקת שלושה נוקלאוטידים המרכיבים כל קודון, שהם 64). 64 קודונים אלו מקודדים ל-21 "סימנים" (20 חומצות אמינו וסיום התרגום). לפיכך נאמר על הקוד הגנטי שהוא מנוון - מספר קודונים שונים מקודדים לאותה חומצת אמינו. שני קודונים המקודדים לאותה חומצת אמינו, זהים, בדרך כלל, זה לזה בשני הנוקלאוטידים הראשונים שלהם ונבדלים בנוקלאוטיד השלישי.

טבלת הקוד הגנטי הסטנדרטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

טבלה זו מציגה את 64 הקודונים ואת חומצות האמינו שלהן הם מקודדים.
הבסיס השני
U C A G
הבסיס
הראשון
U

פנילאלנין
פנילאלנין
לאוצין
לאוצין

UUU
UUC
UUA
UUG

סרין
סרין
סרין
סרין

UCU
UCC
UCA
UCG

טירוזין
טירוזין
סיום (Ochre)
סיום (Amber)

UAU
UAC
UAA
UAG

ציסטאין
ציסטאין
סיום (Opal)
טריפטופן

UGU
UGC
UGA
UGG

U
C
A
G
הבסיס
השלישי
C

לאוצין
לאוצין
לאוצין
לאוצין

CUU
CUC
CUA
CUG

פרולין
פרולין
פרולין
פרולין

CCU
CCC
CCA
CCG

היסטידין
היסטידין
גלוטמין
גלוטמין

CAU
CAC
CAA
CAG

ארגינין
ארגינין
ארגינין
ארגינין

CGU
CGC
CGA
CGG

U
C
A
G
A

איזולאוצין
איזולאוצין
איזולאוצין
מתיונין

AUU
AUC
AUA
AUG

תריאונין
תריאונין
תריאונין
תריאונין

ACU
ACC
ACA
ACG

אספרגין
אספרגין
ליזין
ליזין

AAU
AAC
AAA
AAG

סרין
סרין
ארגינין
ארגינין

AGU
AGC
AGA
AGG

U
C
A
G
G

ואלין
ואלין
ואלין
ואלין

GUU
GUC
GUA
GUG

אלנין
אלנין
אלנין
אלנין

GCU
GCC
GCA
GCG

חומצה אספרטית
חומצה אספרטית
חומצה גלוטמית
חומצה גלוטמית

GAU
GAC
GAA
GAG

גליצין
גליצין
גליצין
גליצין

GGU
GGC
GGA
GGG

U
C
A
G

קודוני פתיחה וסיום[עריכת קוד מקור | עריכה]

כל שלשת נוקלאוטידים ב-RNA (משמאל) יוצרת קודון אחד (מימין)

בתהליך התרגום קיים קודון פתיחה שממנו מתחיל התרגום. הריבוזום סורק את מולקולת ה-mRNA עד שהוא נתקל בקודון ההתחלה. בתאים איקריוטיים קודון ההתחלה הוא תמיד AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. חומצת אמינו זו מוּסרת לרוב מהחלבון בסיום תהליך התרגום. התרגום יכול להתחיל גם מקודונים אחרים, כגון UUG ,CUG, ובתאים פרוקריוטיים גם מ-AUU ו-GUG.

בקוד הגנטי הסטנדרטי קיימים 3 קודוני סיום. כאשר הריבוזום נתקל באחד מהקודונים הללו, נקשרים אליו גורמי שחרור והתרגום מופסק. לקודונים הללו קיימים השמות ההיסטוריים Ochre, Amber ו-Opal, והם התגלו כתוצאה ממוטציות שהתרחשו בהם ושגרמו ליצירת חלבון ארוך מהרגיל.

ניוון הקוד הגנטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקוד הגנטי מנוון, שכן קיימות בו קבוצות של קודונים שונים שמקודדים לאותה חומצת אמינו. היתרון בניוון זה הוא בעמידות מסוימת למוטציות. מוטציות ב-DNA שאינן משנות את חומצת האמינו שאליה מקודד החלבון נקראות מוטציות שקטות. עיקר הניוון הוא בעמדה השלישית של הקודונים (למשל בלאוצין, פרולין, סרין וגליצין). ניוון זה נפוץ במיוחד בשל מבנה ה-tRNA; האנטיקודון שהוא נושא נקשר ביתר חוזקה לקודון של ה-mRNA בשתי העמדות הראשונות בכל קודון. תופעה זו נקראת באנגלית Wobble. בנוסף, ניתן לראות ניוון גדול יותר בין קודונים השונים ביניהם בנוקלאוטידים מאותה קבוצה - פורינים (A/G) או פירימידינים (C/T). גם תופעה זו מגבירה את עמידות החומר התורשתי למוטציות, שכן אלו שכיחות יותר בין נוקלאוטידים בעלי מבנה כימי דומה.

אבולוציית הקוד הגנטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בטבע קיימות אמנם מספר דוגמאות של סטיות מן הקוד הגנטי הסטנדרטי, למשל בקוד הגנטי של המיטוכונדריה, באצות מסוימות ובמיני פרוטוזואה, אבל רוב היצורים החיים על גבי כדור הארץ חולקים ביניהם קוד גנטי זהה. מסטייה זו חוקרי האבולוציה מניחים שהקוד הסטנדרטי התבסס בשלב מוקדם מאוד של התפתחות החיים. לאחרונה, מחקרים הראו עדויות לכך שלמספר חומצות אמינו קיימת אפיניות (נטייה לקישור כימי) גבוהה יותר לקודונים המקודדים להן. ממצאים אלה עשויים להעיד כי למגנון התרגום המורכב המשתמש ב-tRNA קדם מנגנון פשוט יותר, בו רצף החלבון נבנה ישירות על-גבי חומצות הגרעין. תאוריות אחרות גורסות כי מספר חומצות האמינו ביצורים הקדמונים היה קטן יותר מזה הנצפה על ידינו היום.

החלבון CCL7. רצף ה-mRNA נמצא בשורות העליונות, ומתחתיו חומצות האמינו המתורגמות והיוצרות את החלבון. כל אות גדולה מייצגת חומצת אמינו אחת

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]