Διάγραμμα κωδικονίων (Πίνακας) – Τα νουκλεοτίδια εντός του DNA και του RNA

Ένα διάγραμμα ή πίνακας κωδικονίων χρησιμοποιείται στο οποίο αμινοξύ αντιστοιχεί σε DNA ή RNA. Ένα γράφημα κωδικονίων μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας, αλλά θα πρέπει πρώτα να γνωρίζετε τα κωδικόνια.

Νουκλεοτίδια είναι αυτά που συνθέτουν το DNA μας. Είναι μια γλώσσα που ορίζει όλα τα πράγματα που μας κάνουν αυτό που είμαστε γενετικά. Τα κωδικόνια είναι οι μεταφραστές που συνδέουν τη γλώσσα του DNA με τη γλώσσα των πρωτεϊνών (αμινοξέα).

Τα νουκλεοτίδια είναι τα δομικά στοιχεία του DNA που αποτελούνται από τρία μέρη:ένα σάκχαρο, ένα φωσφορικό άλας και μια αζωτούχα βάση. Υπάρχουν τέσσερις βάσεις στο DNA μας:αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θειαμίνη (Τ). Αυτές οι τέσσερις βάσεις χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση των διαφορετικών γονιδίων, πρωτεϊνών, ρυθμιστών και οτιδήποτε άλλο χρησιμοποιείται για το DNA μας.

Εφόσον το DNA μας είναι διπλή έλικα, σημαίνει ότι υπάρχουν δύο κλώνοι που αποτελούνται από πολλά νουκλεοτίδια. Αυτοί οι δύο κλώνοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω αυτών των νουκλεοτιδίων καθώς κάθε μία από τις βάσεις ζευγαρώνει με μια άλλη βάση. Η βάση Α ζευγαρώνει με το Τ και η βάση G ζευγαρώνει με το Γ και αντίστροφα. Όταν το DNA γίνεται RNA, η θειαμίνη αντικαθίσταται με ουρακίλη (U). Στο RNA, το U ζευγαρώνει με το Α αντί του T.

Μεταξύ των πολλών διαφορετικών RNA που παράγονται στο σώμα, μερικά από αυτά που παράγονται για την πρωτεϊνοσύνθεση περιέχουν μια τριψήφια γραμμή κώδικα που αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη πτυχή της πρωτεΐνης. Αυτοί οι τριψήφιοι κωδικοί αναφέρονται ως κωδικόνια και αποτελούν κρίσιμο μέρος για τη διασφάλιση της σωστής σύνθεσης μιας πρωτεΐνης.

Κωδικόνια και Σύνθεση Πρωτεϊνών

Τα κωδικόνια είναι τρία ψηφία που αποτελούνται από οποιονδήποτε συνδυασμό των τεσσάρων βάσεων RNA. Το κωδικόνιο DNA είναι το ίδιο εκτός από το ότι υπάρχει T αντί για U. Κοιτάζοντας τον πίνακα, υπάρχουν 64 συνολικά κωδικόνια και το καθένα αντιπροσωπεύει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ ή λειτουργία για τους σκοπούς της πρωτεϊνικής σύνθεσης.

Στη σύνθεση πρωτεϊνών, ένα αγγελιαφόρο RNA (mRNA) φτάνει στο ριβόσωμα, το οποίο είναι μια δομή που αποτελείται από πρωτεΐνες και RNA, και ξεκινά τη διαδικασία δημιουργίας μιας πρωτεΐνης. Το mRNA περιέχει την αλληλουχία μιας μη επεξεργασμένης πρωτεΐνης που το ριβόσωμα θα «διαβάσει» και θα δημιουργήσει μια πρωτεΐνη.

Γενικά, η θέση του κωδικονίου AUG, μεθειονίνης, υποδηλώνει την έναρξη της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Όταν το ριβόσωμα βρίσκει το κωδικόνιο έναρξης, φέρνει ένα RNA μεταφοράς (tRNA). Αυτό το tRNA περιέχει το αντικωδικόνιο μαζί με ένα αμινοξύ συνδεδεμένο σε αυτά. Το αντικωδικόνιο είναι απλώς η συμπληρωματική αλληλουχία προς τα κωδικόνια του mRNA. Έτσι το AUG συμπληρώνεται από το UAC.

Για να λειτουργήσει η πρωτεϊνοσύνθεση, το κωδικόνιο στο mRNA πρέπει να ταιριάζει με το αντικωδικόνιο στο tRNA. Μόλις ταιριάξει, το ριβόσωμα θα φέρει το επόμενο tRNA, αφού μπορεί να χωρέσει δύο κάθε φορά και να το ταιριάξει με το επόμενο κωδικόνιο. Εάν ταιριάζει, το αμινοξύ σε αυτό το νέο tRNA θα συνδεθεί στο υπάρχον αμινοξύ και το ριβόσωμα θα μετατοπιστεί στο επόμενο κωδικόνιο.

Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου το ριβόσωμα συναντήσει το κωδικόνιο STOP στο mRNA, το οποίο μπορεί να είναι UAA, UAG ή UGA. Οποιοδήποτε από αυτά τα τρία θα σταματήσει την πρωτεϊνοσύνθεση. Σε αυτό το σημείο, η συντιθέμενη πρωτεΐνη απελευθερώνεται και αποστέλλεται για να ολοκληρωθεί η επεξεργασία.

Εφόσον υπάρχουν τρία κωδικόνια STOP, αυτό σημαίνει ότι 61 από τα υπόλοιπα κωδικόνια κωδικοποιούν για τα αμινοξέα. Επειδή υπάρχουν μόνο 20 αμινοξέα για τον άνθρωπο, υπάρχουν πολλά πλεονάσματα μέσα στα κωδικόνια. Για παράδειγμα, το UUA και το UUG κωδικοποιούν και τα δύο για λευκίνη. Τα CCU, CCC και CCA κωδικοποιούν για προλίνη.

Απολύσεις και μεταλλάξεις

Τα κωδικόνια υπάρχουν σε τόσο μεγάλους αριθμούς ως προληπτικό μέτρο έναντι μεταλλάξεων και προβλημάτων που μπορεί να αντιμετωπίσουν και τα οποία θα μπορούσαν να διαταράξουν την πρωτεϊνική σύνθεση. Οι μεταλλάξεις στο σώμα μας μπορεί να είναι προβληματικές γιατί μπορεί να οδηγήσουν σε διάφορους καρκίνους και γενετικές διαταραχές. Ορισμένες μεταλλάξεις μπορεί ακόμη και να μας θέσουν σε κίνδυνο για πολλές ασθένειες και μη γενετικές διαταραχές.

Οι πλεονασμοί των κωδικονίων βοηθούν να διασφαλιστεί ότι αυτές οι μεταλλάξεις ελαχιστοποιούνται, αν και υπάρχουν πάντα κίνδυνοι.

Συνώνυμες αντικαταστάσεις

Οι συνώνυμες υποκαταστάσεις αναφέρονται συχνά ως σιωπηλές μεταλλάξεις επειδή είναι μεταλλάξεις στην αλληλουχία DNA, που αντιπροσωπεύει ένα αμινοξύ για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη, που δεν αλλάζει το αμινοξύ σε κάτι άλλο. Για παράδειγμα, στο DNA το CTT θα ήταν λευκίνη. Μια συνώνυμη μετάλλαξη θα το άλλαζε σε CTC, το οποίο εξακολουθεί να κωδικοποιεί τη λευκίνη, επομένως δεν υπάρχει πρόβλημα.

Τώρα, ενώ αυτές οι συνώνυμες μεταλλάξεις είναι γενικά αβλαβείς για εκείνα τα αμινοξέα με πολλαπλά κωδικόνια, έχει αποδειχθεί ότι ορισμένα είδη προτιμούν να έχουν μια συγκεκριμένη αλληλουχία κωδικονίων έναντι μιας άλλης για ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.

Οι πλεονασμοί των κωδικονίων επιτρέπουν αυτές τις μεταλλάξεις να είναι αμελητέες και να μην προκαλούν καμία βλάβη όσο η αλληλουχία κωδικονίων εξακολουθεί να κωδικοποιεί για το ίδιο αμινοξύ που έκανε το αρχικό. Ωστόσο, δεν αντιπροσωπεύουν όλα τα κωδικόνια μια περιττή μορφή. Η μεθειονίνη, που αντιπροσωπεύεται μόνο από το ATG, μπορεί εύκολα να μεταλλαχθεί σε κάτι άλλο με μια «σιωπηλή» μετάλλαξη επειδή δεν υπάρχουν άλλα κωδικόνια που να την κωδικοποιούν. Έτσι, το ATG που άλλαξε σε ΑΤΑ θα άλλαζε τη μεθειονίνη σε ισολευκίνη, ένα εντελώς διαφορετικό αμινοξύ.

Ανώνυμες αντικαταστάσεις

Όπως οι πιθανές αλλαγές στη μεθειονίνη, δεν είναι όλες οι μεταλλάξεις σιωπηλές και αβλαβείς. Αυτά που προκαλούν βλάβη γενικά αναφέρονται ως μη συνώνυμες υποκαταστάσεις (ή μεταλλάξεις). Αυτά καλύπτουν μια ποικιλία προβλημάτων που μπορεί να προκύψουν για την αλλαγή των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη.

Για παράδειγμα, εάν το CTT (λευκίνη) αλλάξει σε CCT (προλίνη), τότε εμφανίζεται μια ριζική και αισθητή αλλαγή στην πρωτεΐνη. Αυτό αναφέρεται συχνά ως μια λανθασμένη μετάλλαξη.

Μια άλλη μορφή υποκατάστασης θα ήταν οι ανόητες μεταλλάξεις που οδηγούν σε αλλαγές ενός κωδικονίου αμινοξέος σε κωδικόνιο STOP, το οποίο θα τερματίσει πρόωρα τη διαδικασία σύνθεσης πρωτεΐνης.

Αυτές είναι μερικές από τις μεταλλάξεις που μπορούν να αλλάξουν τις αλληλουχίες κωδικονίων και να έχουν δυνητικά επιβλαβείς επιπτώσεις στις πρωτεΐνες που συνθέτουν. Άλλες μπορεί να είναι επιβλαβείς μεταλλάξεις που διαγράφουν ένα συγκεκριμένο νουκλεοτίδιο από τη σειρά των κωδικονίων για μια πρωτεΐνη. Εφόσον το ριβόσωμα αρχίζει να «διαβάζει» το mRNA σε ένα ορισμένο σημείο, οι διαγραφές θα άλλαζαν το σημείο που ξεκινά και θα δημιουργούσαν ένα τροποποιημένο πρωτεϊνικό προϊόν. Ομοίως, οι μεταλλάξεις εισαγωγής που εισάγουν ένα νουκλεοτίδιο στη σειρά των κωδικονίων θα άλλαζαν εκεί όπου το ριβόσωμα αρχίζει να «διαβάζει» το mRNA.