הקוד הגנטי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

הקוד הגנטי הוא אוסף כללים המנחה את תרגום רצפי דנ"א ורנ"א לרצפי החלבון המקודד על-ידם. הקוד הגנטי בא לידי ביטוי בתהליך ה תרגום שבו מסונתזת מולקולת חלבון על-פי המידע המצוי במולקולת רנ"א שליח. בתאי רובם המכריע של האורגניזמים הידועים הקוד הגנטי הוא הקוד הגנטי הסטנדרטי, אך ידועות גם מספר סטיות מקוד זה^[1].

תוכן עניינים 1 ביטוי גני 2 טבלת הקוד הגנטי הסטנדרטי 2.1 קודוני פתיחה 2.2 קודוני סיום 2.3 ניוון הקוד הגנטי 3 אבולוציית הקוד הגנטי 4 גילוי הקוד הגנטי

[עריכה] ביטוי גני

מקטע ברצף הדנ"א אשר מקודד לשרשרת חלבון נקרא גן. על מנת ליצור מולקולת חלבון, התא יוצר העתק של הגן בצורת מולקולת רנ"א שליח (mRNA) שיכולה לעבור דרך מכונת ייצור החלבונים - הריבוזום. רצף מולקולת הרנ"א שליח מתחלק לשלושות רצופות של נוקלאוטידים הקרויות קודונים. תהליך התרגום מתאים לכל קודון חומצת אמינו בחלבון המסונטת. זהות חומצת האמינו נקבעת על-פי הקוד הגנטי.
מוקולת הרנ"א בנויה מ-4 סוגי נוקלאוטידים המזוהים על-פי הבסיס החנקני שלהם - אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ואורציל (U) המחליף את התימין (T) הדומה לו בדנ"א.
כאמור, הקוד הגנטי מתאר מעבר שלושה צמודה של נוקלאוטידי רנ"א (קודון) לחומצת אמינו אחת. הקוד הגנטי הסנטדרטי מתאר מעבר ל-20 חומצות האמינו הנפוצות בגוף בנוסף לשלושה קודונים המקודדים לסימן סיום התרגום. סימן זה מתאר את המקום שבו הריבוזום מפסיק את תהליך התרגום של הרנ"א.
מכיוון שקיימים 4³ = 64 קודונים אפשריים שונים המקודדים ל-21 "סימנים", קיימות קבוצות של קודונים המקודדים לאותה חומצת אמינו - הקוד הגנטי הוא קוד מנוון. קבוצות אלה זהות בדרך כלל בשני הנוקלאוטידים הראשונים בקודון וקיים שוני בעמדה השלישית.

[עריכה] טבלת הקוד הגנטי הסטנדרטי

טבלה זו מציגה את 64 הקודונים את חומצות האמינו שהם מקודדים.

		הבסיס השני
		U		C		A		G
הראשון הבסיס	U	פנילאלנין (Phe/F) פנילאלנין (Phe/F) לאוצין (Leu/L) לאוצין (Leu/L)	UUU UUC UUA UUG	סרין (Ser/S) סרין (Ser/S) סרין (Ser/S) סרין (Ser/S)	UCU UCC UCA UCG	טירוזין (Tyr/S) טירוזין (Tyr/S) עצירה (Ochre) עצירה (Amber)	UAU UAC UAA UAG	ציסטאין (Cys/C) ציסטאין (Cys/C) עצירה (Opal) טריפטופן(Trp/W)	UGU UGC UGA UGG
C	לאוצין (Leu/L) לאוצין (Leu/L) לאוצין(Leu/L) לאוצין(Leu/L)	CUU CUC CUA CUG	פרולין (Pro/P) פרולין (Pro/P) פרולין(Pro/P) פרולין(Pro/P)	CCU CCC CCA CCG	היסטידין (His/H) היסטידין (His/H) גלוטמין(Gln/Q) גלוטמין(Gln/Q)	CAU CAC CAA CAG	ארגינין (Arg/R) ארגינין (Arg/R) ארגינין(Arg/R) ארגינין(Arg/R)	CGU CGC CGA CGG
A	איזולאוצין (Ile/I) איזולאוצין (Ile/I) איזולאוצין(Ile/I) מתיונין(Met/M)	AUU AUC AUA AUG	תריונין (Thr/T) תריונין (Thr/T) תריונין(Thr/T) תריונין(Thr/T)	ACU ACC ACA ACG	אספרגין (Asn/N) אספרגין (Asn/N) ליזין(Lys/K) ליזין(Lys/K)	AAU AAC AAA AAG	סרין (Ser/S) סרין (Ser/S) ארגינין(Arg/R) ארגינין(Arg/R)	AGU AGC AGA AGG
G	ואלין (Val/V) ואלין (Val/V) ואלין(Val/V) ואלין(Val/V)	GUU GUC GUA GUG	אלנין (Ala/A) אלנין (Ala/A) אלנין(Ala/A) אלנין(Ala/A)	GCU GCC GCA GCG	חומצה אספרטית (Asp/D) חומצה אספרטית (Asp/D) חומצה גלוטמית(Glu/E) חומצה גלוטמית(Glu/E)	GCU GCC GCA GCG	גליצין (Gly/G) גליצין (Gly/G) גליצין(Gly/G) גליצין(Gly/G)	GGU GGC GGA GGG

[עריכה] קודוני פתיחה

בתהליך התרגום קיים קודון פתיחה (start codon) שממנו מתחיל התרגום. הריבוזום סורק את מולקולת הרנ"א עד שהוא נתקל בקודון ההתחלה. בתאים איקריוטיים קודון ההתחלה הוא AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. חומצת אמינו זו מוסרת לרוב מן החלבון בסיום תהליך התרגום. התרגום יכול להתחיל גם מקודונים אחרים, כגון UUG ,CUG, ובתאים פרוקריוטיים גם מ-AUU וGUG.

[עריכה] קודוני סיום

בקוד הגנטי הסטנדרטי קיימים 3 קודוני סיום. כאשר הריבוזום נתקל באחד מהקודונים הללו נקשרים אליו פקטורי סיום והתרגום מופסק. לקודונים הללו קיימים השמות ההיסטוריים Ochre, Amber וOpal - על פי הגנים שבהם נתגלו. הקודונים הללו התגלו כתוצאה ממוטציות בהם אשר גרמו לתוצר חלבון ארוך מן הרגיל.

[עריכה] ניוון הקוד הגנטי

הקוד הגנטי מנוון, שכן קיימות בו קבוצות של קודונים שונים אשר מקודדים לאותה חומצת אמינו בדיוק (ראה טבלה). היתרון בניוון זה הוא בעמידות מסוימת למוטציות. מוטציות בדנ"א אשר אינן משנות את חומצת האמינו שלה מקודד החלבון נקראות מוטציות שקטות (silent mutations). עיקר הניוון הוא בעמדה השלישית של הקודונים (למשל בלאוצין, פרולין, סרין, גליצין וכו'). ניוון זה נפוץ במיוחד בשל מבנה הרנ"א מוביל אשר האנטיקודון שלו יוצר קישור חזר יותר לקודון של רנ"א שליח בשתי העמדות הראשונות בכל קודון. תופעה זה נקראת Wobble. בנוסף, ניתן לראות ניוון רב יותר בין קודונים השונים ביניהם בנוקלאוטידים מאותה קבוצה - פורינים (A/G) או פירימידינים (C/T). גם תופעה זו מגבירה את עמידות החומר הגנטי למוטציות, שכן אלה שכיחות יותר בין נוקלאוטידים בעלי מבנה כימי דומה.

[עריכה] אבולוציית הקוד הגנטי

בטבע קיימות אמנם מספר דוגמאות של סטיות מן הקוד הגנטי הסטנדרטי, למשל בקוד הגנטי של אברון המיטוכונדריה, באצות מסוימות ובמיני פרוטוזואה, אבל רוב הייצורים החיים על גבי כדור הארץ חולקים ביניהם קוד גנטי זהה. מסטייה זו חוקרי האבולוציה מניחים שהקוד הסטנדרטי התבסס גם 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 ברנ"א מוביל 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.

[עריכה] גילוי הקוד הגנטי

הקוד הגנטי כפי שהוצג לעיל בוסס לראשונה על ידי מרשל נירנברג (Marshall W. Nirenberg) ממשרד הבריאות של ארצות הברית (NIH). נירנברג גילה את הקשר בין הקודונים לבין חומצות האמינו שהם מקודדים. הר קוהארה (Har Gobind Khorana) שכלל את שיטותיו של נירנברג, ויחד הם זכו בפרס נובל לרפואה לשנת 1968.