Geneettinen koodi

Geneettinen koodi ilmoittaa, mitkä kolmen emäsparin jonot eli kodonit DNA- tai RNA-molekyylissä vastaavat proteiinisynteesissä mitäkin aminohappoa. Solun geenit ovat nukleotideista koostuvia DNA-säikeitä. Kun proteiinia valmistetaan, geenin DNA kopioidaan lähetti-RNA:ksi, jonka mukaan proteiini tuotetaan. Emäksiä on neljää erilaista. DNA:ssa ne ovat adeniini (A), tymiini (T), sytosiini (C) tai guaniini (G). Lähetti-RNA:ssa on tymiinin paikalla urasiili (U).

DNA:ssa tai RNA:ssa oleva kodoni eli kolmen emäksen jono vastaa aina yhtä aminohappoa tai ohjausmerkkiä. Esimerkiksi metioniinia vastaa RNA:ssa kodoni adeniini-urasiili-guaniini, joka merkitään lyhyemmin AUG. Näin ollen kodonissa voi olla kolme eri emästä, mutta neljää eri tyyppiä. Kolmesta neljäntyyppisestä emäksestä voidaan muodostaa 43 eli 64 erilaista kolmen emäksen jonoa. Koska aminohappoja on vain 20, montaa aminohappoa vastaa useita eri emäsyhdistelmiä eli kodonia. Lisäksi kodoneista kolme on lopetuskodoneita, jotka eivät vastaa mitään aminohappoa.

 Nukleotidit, emäkset, RNA, DNA, kodoni ja antikodoni


Nukleotidiksi sanotaan emästä, jossa on mukana runko-osat eli fosforihappo ja sokeriosa, joka on DNA:ssa deoksiriboosi ja RNA:ssa riboosi. Emäksistä adeniini sekä guaniini ovat suuria puriineja ja tymiini, urasiili sekä sytosiini pieniä pyrimidiinejä. Nukleotidipareissa aina puriini ja pyrimidiini sitoutuvat toisiinsa tietyllä määrällä vetysidoksia. Guaniini ja sytosiini sitoutuvat toisiinsa kolmella vetysidoksella, kun taas adeniini ja tymiini tai adeniini ja urasiili sitoutuvat toisiinsa kahdella vetysidoksella. DNA:n ja RNA:n emäsparit sopivat toisiinsa kuin palapelin palat.

Kun DNA:sta muodostetaan RNA:a, tulee RNA:han DNA:n vastinjuosteessa eli mallijuosteessa olevaa emästä vastaava emäs. DNA:n toisessa juosteessa eli koodaavassa juosteessa tulee näin olemaan samanlainen emäsjärjestys kuin syntetisoitavassa RNA:ssa sillä erotuksella, että RNA-juosteessa on niillä kohdin urasiili, missä DNA:n koodavassa juosteessa on tymiini. Kun lähetti-RNA:sta muodostetaan polypeptidiketjua, on aminohappoja kuljettavissa siirtäjä-RNA-molekyyleissä tunnistuskohta, jossa on kyseisen siirtäjä-RNA:n kuljettaman aminohapon kodonin peilikuva eli antikodoni. Kukin emäs muuntuu toiseksi alla olevan taulukon mukaan eri DNA- ja RNA-molekyyleissä.
DNA:n ja RNA:n emästen vastaavuudetDNA:n koodaava juosteDNA:n mallijuosteLähetti-RNA:n juosteSiirtäjä-RNA:n tunnistuskohtaATAUTAUAGCGCCGCG

 Kodonien aminohappotaulukko 

Lähes kaikkien organismien proteiinisynteesi noudattaa tätä niin kutsuttua standardia geneettistä koodia, mutta siitä on olemassa myös jotain harvinaisia poikkeuksia. Kooditaulukkoa luettaessa tulee tietää, onko taulukko koostettu DNA:n mallijuosteen, DNA:n koodaavan juosteen, lähetti-RNA:n juosteen vai siirtäjä-RNA:n tunnistuskohtien perusteella. DNA:n koodaavan juosteen emäsjärjestys vastaa lähetti-RNA:n emäsjärjestystä muuten, paitsi että lähetti-RNA:ssa on tymiinin kohdalla urasiili. Metioniinia vastaa DNA:ssa koodi TAC ja myös DNA:n toisessa juosteessa oleva antikodoni ATG. TAC kääntyy RNA:ssa muotoon AUG, jolloin siirtäjä-RNA:n tunnistuskohdassa on UAC.

Alla olevassa taulukossa on kuvattuna lähetti-RNA:ssa olevien kodonien perusteella polypeptidiketjuun tulevat aminohapot. Taulukossa olevat värit kuvaavat kuvaavat kunkin aminohapon ominaisuuksia seuraavasti: keltaisella pohjalla merkityt ovat poolittomia, vihreällä pohjalla merkityt poolisia, violetilla pohjalla merkityt emäksisiä ja punaisella pohjalla merkityt happamia. Kolme lopetuskodonia ovat valkoisella pohjalla. AUG-kodoni koodaa sekä metioniinia, että toimii translaation aloituskohtana eli proteiinisynteesi alkaa lähetti-RNA:n ensimmäisestä AUG-kodonista. Taulukosta haetaan aminohappoja valitsemalla ensin rivi sen mukaan, mikä emäs on kodonin ensimmäinen emäs, sitten sarake kodonin toisen emäksen mukaan ja lopuksi näin saadussa ruudussa olevista neljästä vaihtoehdosta se, jonka viimeinen emäs vastaa taulukosta haettavan kodonin viimeistä emästä.

+
Taulukko sisältää lähetti-RNA:n 64 kodonia ja niiden koodaamat aminohapot. Koodin suunta on 5' → 3'.  2. emäs U C A G 1. emäs U UUU (Phe/F) Fenyylialaniini UCU (Ser/S) Seriini UAU (Tyr/Y) Tyrosiini UGU (Cys/C) Kysteiini UUC (Phe/F) Fenyylialaniini UCC (Ser/S) Seriini UAC (Tyr/Y) Tyrosiini UGC (Cys/C) Kysteiini UUA (Leu/L) Leusiini UCA (Ser/S) Seriini UAA Okra (Stop) UGA Opaali (Stop) UUG (Leu/L) Leusiini UCG (Ser/S) Seriini UAG Meripihka (Stop) UGG (Trp/W) Tryptofaani C CUU (Leu/L) Leusiini CCU (Pro/P) Proliini CAU (His/H) Histidiini CGU (Arg/R) Arginiini CUC (Leu/L) Leusiini CCC (Pro/P) Proliini CAC (His/H) Histidiini CGC (Arg/R) Arginiini CUA (Leu/L) Leusiini CCA (Pro/P) Proliini CAA (Gln/Q) Glutamiini CGA (Arg/R) Arginiini CUG (Leu/L) Leusiini CCG (Pro/P) Proliini CAG (Gln/Q) Glutamiini CGG (Arg/R) Arginiini A AUU (Ile/I) Isoleusiini ACU (Thr/T) Treoniini AAU (Asn/N) Asparagiini AGU (Ser/S) Seriini AUC (Ile/I) Isoleusiini ACC (Thr/T) Treoniini AAC (Asn/N) Asparagiini AGC (Ser/S) Seriini AUA (Ile/I) Isoleusiini ACA (Thr/T) Treoniini AAA (Lys/K) Lysiini AGA (Arg/R) Arginiini AUG (Met/M) Metioniini, Alku  ACG (Thr/T) Treoniini AAG (Lys/K) Lysiini AGG (Arg/R) Arginiini G GUU (Val/V) Valiini GCU (Ala/A) Alaniini GAU (Asp/D) Asparagiinihappo GGU (Gly/G) Glysiini GUC (Val/V) Valiini GCC (Ala/A) Alaniini GAC (Asp/D) Asparagiinihappo GGC (Gly/G) Glysiini GUA (Val/V) Valiini GCA (Ala/A) Alaniini GAA (Glu/E) Glutamiinihappo GGA (Gly/G) Glysiini GUG (Val/V) Valiini GCG (Ala/A) Alaniini GAG (Glu/E) Glutamiinihappo GGG (Gly/G) Glysiini

Värit tarkoittavat aminohappojen tyyppejä

 pooliton polaarinen emäksinen hapan

 Aminohappojen kodonitaulukko (eli käänteinen taulukko) 

Taulukossa on esitettynä 20 proteiineissa käytettyä aminohappoa sekä niitä koodaavat kodonit. Metioniinia koodaa vain yksi kodoni AUG, mutta joitain aminohappoja 5–6 erilaista kodonia. Taulukossa on lihavoitu saman aminohapon eri kodoneissa toistuvat emäkset.

 Ala/A GCU, GCC, GCA, GCG Leu/L UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG Arg/R CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG Lys/K AAA, AAG Asn/N AAU, AAC Met/M AUG Asp/D GAU, GAC Phe/F UUU, UUC Cys/C UGU, UGC Pro/P CCU, CCC, CCA, CCG Gln/Q CAA, CAG Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC Glu/E GAA, GAG Thr/T ACU, ACC, ACA, ACG Gly/G GGU, GGC, GGA, GGG Trp/W UGG His/H CAU, CAC Tyr/Y UAU, UAC Ile/I AUU, AUC, AUA Val/V GUU, GUC, GUA, GUG START AUG STOP UAA, UAG, UGA

Historia

Koodin selvittäminen alkoi vuonna 1961, kun Marshall Nirenberg ja Heinrich J. Matthaei totesivat, että kolmen urasiilin yhdistelmä vastaa fenyylialaniinia. Koodin kokonaisuudessaan sai selvitetyksi Har Gobind Khorana 1960-luvun lopulla.

 Geneettisen koodin synty 
Geneettisen koodin alkuperää ja historiaa ei tunneta, mutta tutkijoilla on silti joitain arvailuja geneettisen koodin historiasta. Monet biokemistit uskovat, että geneettisessä koodissa olisi ollut alkujaan vähemmän aminohappojahttp://www.pnas.org/content/97/25/13690.full  Testing a biosynthetic theory of the genetic code: Fact or artifact?, Terres A. Ronneberg, Laura F. Landweber and Stephen J. Freeland, mutta aminohappojen alkuperäistä määrää ja ilmestymisjärjestystä ei tiedetä. Esimerkiksi kahden emäksen kodoniin perustuva koodi olisi käynnistänyt aminohappojen synteesin ja aiheuttanut koodin laajenemisen.A new classification scheme of the  genetic code http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/ http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/evolution.html  Ensimmäiset aminohapot olisivat saattaneet olla kemiallisesti stabiileimpia urasiilin ja guaniinin yhdistelmiä, jotka koodaavat proliinia, alaniinia, arginiinia ja lysiiniähttp://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code2/   new classification scheme of the  genetic codehttp://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html  New Classification Scheme of the Genetic Code is based on the purine-pyrimidine classification of the nucleotides.

Tiedetään, että aminohapot joita valmistetaan soluissa samankaltaisia valmistusketjuja pitkin, omaavat samantyyppisen kodonin. Lyhyillä RNA-pätkillä, aptameereilla ja oligonukleotideilla tehdyt tutkimukset viivaavat siihen, että tietyn tyyppiset lyhyet RNA:t reagoivat herkemmin tietyn tyyppisten aminohappojen kanssa.
Näin ollen siirtäjä-RNA:ita olisivat edeltäneet lyhyet, toisenlaiset RNA-ketjut ennen siirtäjä-RNA:ta tuottavien entsyymien syntyä. Luonnonvalinta olisi minimoinut geneettisen koodin pituuden kolmeen suojaksi mutaatioita vastaan.

Jenan yliopistossa laadittu geneettisen koodin taulukko, joka perustuu emästen kemiallisiin ominaisuuksiin.http://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html  New Classification Scheme of the Genetic Code

+ Jenan kodonitaulukkohttp://www.imb-jena.de/~sweta/genetic_code_and_evolution/index.html   New Classification Scheme of the Genetic Code  Sidoksia x 6 vahva 5 seka 5 seka 3 heikko 000  Pro CC (C/U) Ser UC (C/U) Leu CU (C/U) Phe UU (C/U) 001  Pro CC (A/G) Ser UC (A/G) Leu CU (A/G) Leu UU (A/G) 100  Ala GC (C/U) Thr AC (C/U) Val GU (C/U) Ile AU (C/U) 101  Ala GC (A/G) Thr AC (A/G) Val GU (A/G) Ile/Met AU (A/G) 010  Arg CG (C/U) Cys UG (C/U) His CA (C/U) Tyr UA (C/U) 011  Arg CG (A/G) Stop/Trp UG (A/G) Gln CA (A/G) Stop UA (A/G) 110  Gly GG (C/U) Ser AG (C/U) Asp GA (C/U) Asn AA (C/U) 111  Gly GG (A/G) Arg AG (A/G) Glu GA (A/G) Lys AA (A/G)

Keltaisella alueella geneettisen koodin kolmas kodoni ei vaikuta aminohappoon. Näin ollen esimerkiksi proliinia Pro koodaavat RNA:ssa emäsyhdistelmät CCC, CCU, CCA ja CCG. Tässä puriinit A, G on merkitty kodonitunnuksella 1, ja pyrimidiinit tunnuksella 0. Emäkset G ja A sitoutuvat kolmella vetysillala, emäkset C ja U kahdella vetysillalla. Näin esimerkiksi emäspari UU sitoutuu heikosti neljällä vetysillalla, ja emäspari CC vahvasti kuudelle vetysillalla.

 Katso myös 
Proteiinisynteesiin osallistuvat aminohapot

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

Luokka:Molekyyligenetiikka
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit