Οι πρώτοι κάτοικοι του πλανήτη μας, πιθανότατα,είχε πολύ μικρό προσδόκιμο ζωής. Η εξελικτική κατεύθυνση όλων των ζωντανών πραγμάτων πήγε προς την αύξηση του προσδόκιμου ζωής του οργανισμού για την επιτυχή προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες, την ανάπτυξη μηχανισμών προσαρμογής και τη δυνατότητα μεταφοράς της συσσωρευμένης εμπειρίας στις επόμενες γενιές. Η δημιουργία οργανικών μορίων σύμφωνα με το περιγραφόμενο σχέδιο επέτρεψε στη ζωή στη Γη να κερδίσει και να ξεκινήσει μια επιτυχημένη ανάπτυξη. Ο μηχανισμός της απομνημόνευσης μήτρας και της μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών έχει μετατραπεί σε ένα σύστημα γενετικής κωδικοποίησης, όπου το κύριο συστατικό είναι μια λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα.
Κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας
Η κληρονομικότητα είναι το κύριο βιολογικόσυστατικό της συνέχειας της ζωής. Η φύση έχει δημιουργήσει μηχανισμούς για τη μετάδοση και την αναπαραγωγή κληρονομικών πληροφοριών κωδικοποιώντας τη σύνθεση πρωτεϊνών στην αλυσίδα νουκλεϊκών οξέων. Η λειτουργία των νουκλεϊκών οξέων (DNA και RNA) είναι η αποθήκευση πληροφοριών και η μεταφορά τους στη δομή των πρωτεϊνών. Και οι πρωτεΐνες, μέσω μεταβολικών αντιδράσεων, πραγματοποιούν τη φαινοτυπική εκδήλωση αυτών των πληροφοριών. Ο γενετικός κώδικας είναι ένας γραμμικός πίνακας αποθήκευσης πληροφοριών σχετικά με τη δομή μιας πρωτεΐνης καταγράφοντάς την σε τριπλάσια νουκλεοτιδίων σε μια αλυσίδα νουκλεϊκών οξέων. Η μικρότερη λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα που περιέχει πληροφορίες σχετικά με την ελάχιστη δομική μονάδα πρωτεϊνών είναι ένα τρίδυμο νουκλεοτιδίων σε μια αλυσίδα DNA ή RNA. Η μεταφορά πληροφοριών πηγαίνει από το DNA στο mRNA και από το mRNA σε άλλα RNA και μόρια πρωτεΐνης.
Καθολικό σύστημα κωδικοποίησης
Χρειάστηκε η επιστήμη για να καταλάβει τον γενετικό κώδικααιώνα, και να το αποκρυπτογραφήσουμε - μόνο δεκαετίες. Από την εμφάνιση της έννοιας της δομής της διπλής έλικας του DNA (Watson and Crick, 1953), ήρθε η κατανόηση του ρόλου της ως κληρονομικού υλικού και ξεκίνησε μια έρευνα για εκείνα τα γράμματα του αλφαβήτου που καταγράφουν πληροφορίες σχετικά με αυτό. Η ιδέα ότι η λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα είναι 1 νουκλεοτίδιο δεν αντιμετώπισε αμέσως κριτική. Τέσσερα συμπληρωματικά νουκλεοτίδια (αδεΐνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη) του DNA δεν μπόρεσαν να παρέχουν κωδικοποίηση για 21 αμινοξέα πρωτεϊνών. Οι μαθηματικοί, οι φυσικοί και οι βιολόγοι συμμετείχαν ενεργά στην αναζήτηση ενός συστήματος κωδικοποίησης και γρήγορα ανακάλυψαν ότι ένα αμινοξύ κωδικοποιείται από μια ακολουθία τριών νουκλεοτιδίων. Έτσι, η λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα είναι ένα τριπλό νουκλεοτίδιο υπεύθυνο για τη σύνθεση ενός αμινοξέος σε μια πρωτεΐνη. Υπάρχουν μόνο 64 τρίδυμα (κωδικόνια), εκ των οποίων τα 61 είναι κωδικόνια αίσθησης (κωδικοποιούν αμινοξέα), και τα υπόλοιπα 3 δεν έχουν νόημα. Δεν φέρουν πληροφορίες σχετικά με το αμινοξύ, αλλά δρουν ως κωδικόνια διακοπής που τερματίζουν ή ξεκινούν τη σύνθεση ενός πρωτεϊνικού μορίου.
Το τρίδυμα είναι μια λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα
Το μόριο νουκλεϊκού οξέος του βιοπολυμερούς αποτελείται απόαπό μονομερή - νουκλεοτίδια. Αυτοί, με τη σειρά τους, δημιουργούν συνεχές DNA, με το οποίο, κατά τη διαδικασία μεταγραφής, οι πληροφορίες μεταφέρονται στο mRNA σύμφωνα με το πλαίσιο ανάγνωσης, όπου το τρίδυμο νουκλεοτιδίων - ένα τρίδυμο - έχει τη μικρότερη τιμή κώδικα. Το πλαίσιο ανάγνωσης κινείται μονοκατευθυντικά και ο γενετικός κώδικας έχει σαφή μοναδικότητα και εκφυλισμό (πλεονασμός).
Μονοκατευθυντικότητα και μοναδικότητα
Οι πληροφορίες τριάδας είναι σαφείς, δηλαδήη αναλογία 1 τριπλού -1 αμινοξέος δεν είναι μεταβλητή. Ένα αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί σε πολλά τρίδυμα, αλλά ένα συγκεκριμένο τρίδυμο είναι ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Το πλαίσιο ανάγνωσης κατευθύνεται πάντα προς μία κατεύθυνση, και αυτό οφείλεται στην παρουσία τριπλών που ξεκινούν την ανάγνωση και τελειώνουν. Αυτό διατηρεί τη σταθερότητα της δομής πρωτεΐνης. Μια άλλη ιδιότητα των τριπλών είναι η αλληλεπικάλυψη. Αυτό σημαίνει ότι ένα νουκλεοτίδιο είναι απαραίτητα μέρος ενός τριπλού, αλλά μόνο ένα.
Φυσική απόλυση
Εκφυλισμός (απόλυση) του γενετικού κώδικα -είναι σαν ένα περιθώριο ασφάλειας για το σώμα. Προστατεύει το κύτταρο από τις καταστροφικές επιδράσεις των μεταλλάξεων. Κάθε λειτουργική μονάδα του γενετικού κώδικα μπορεί να υποκατασταθεί από νουκλεοτίδια 1, 2 και 3 σε ένα τρίδυμο. Έτσι, υπάρχουν 9 υποκαταστάσεις θέσης σε κάθε τρίδυμο, υποκαταστάσεις κάθε νουκλεοτιδίου με 4-1 = 3 πιθανές παραλλαγές, και ως αποτέλεσμα έχουμε 61 με 9 = 549 παραλλαγές νουκλεοτιδικών υποκαταστάσεων στο τρίδυμο. Αυτό είναι πολύ περισσότερο από τα 21 αμινοξέα που χρειάζονται για την κωδικοποίηση. Αυτός ο υπερβολικός αφθονία, ή εκφυλισμός, παρείχε τη βιολογική ύπαρξη ζωής και ελαχιστοποίησε τα λάθη στην ανάγνωση γενετικών πληροφοριών.
Codon ή τριπλό;
Στη βιβλιογραφία, το τρίδυμο των νουκλεοτιδίων ωςένα λειτουργικό συγκρότημα που ονομάζεται τρίδυμο ή κωδικόνιο. Ποια είναι η διαφορά και υπάρχει; Ο όρος «κωδικόνιο» χρησιμοποιείται στην άμεση διαδικασία μετάφρασης - τη μεταφορά πληροφοριών από το RNA σε ένα μόριο πρωτεΐνης. Ο όρος «τρίδυμα» χρησιμοποιείται με ευρύτερη έννοια όταν περιγράφει το πλαίσιο ανάγνωσης πληροφοριών τόσο από το RNA όσο και από το DNA.
