sobota, 13 lutego 2016

Kod genetyczny to nie DNA

DNA
Kto wie czym jest DNA? Czym jest RNA? Kto wie co to jest kod DNA (a raczej RNA)? Czy kod DNA jest tym samym, co kod genetyczny? A informacja DNA, co oznacza? Krążę wokół jednego tematu, o który potyka się wiele osób – zarówno samozwańczych specjalistów nie mających pojęcia o czym mówią, jak i tych znających podstawy biologii. Zdarzało się, że znalazłem błędy dotyczące tego zagadnienia nawet w książkach popularnonaukowych, pisanych przez genetyków (były to wersje polskie, trudno mi więc orzec czy to wina autora czy tłumacza). W wywiadzie dla Węglowego Szowinisty genetyczka, profesor Ewa Bartnik w odpowiedzi na pytanie „Czy jest jakiś mit, czy krążące nieporozumienie tyczące się genetyki, które szczególnie Panią irytuje, które chciałaby Pani wyplenić?” poruszyła właśnie tę kwestię – mylenie DNA z kodem genetycznym.

Słowem wstępu i dla wyjaśnienia. DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) to cząsteczka zbudowana z dwóch połączonych wiązaniami wodorowymi nici, na które składają się nukleotydy czyli molekuły cukru – deoksyrybozy, reszty fosforanowej i zasady azotowej (adenina, tymina, guanina, cytozyna). RNA to produkt „przepisywania” (transkrypcji) DNA na „czytelny język” – na ogół jednoniciowy, z podmienionym uracylem zamiast tyminy i rybozą zamiast deoksyrybozy. Obie te cząsteczki kierują funkcjonowaniem całego organizmu, gdyż „mówią” jakie białka mają weń zostać zbudowane (a także w jakiej ilości i w jakich tkankach – choć tu nie tylko one – ale to temat na osobny artykuł). 

nukleotyd
Nukleotyd, Pixabay


Kod genetyczny to z kolei coś zupełnie innego. Nie jest cząsteczką. Jest informacją o tym, jaka trójka (zwana też kodonem lub tripletem) kolejnych nukleotydów, a ściślej wspomnianych zasad (adenina, uracyl, guanina i cytozyna) w sekwencji RNA (bo, jak wyżej napisałem, DNA jest przepisywany na RNA), jaki aminokwas nakazuje wstawić podczas biosyntezy białka (etapu następującego po transkrypcji), spośród 20 podstawowych aminokwasów zwanych biogennymi. Mówiąc więc potocznie: mamy cząsteczkę DNA. Następnie w wyniku transkrypcji („przepisywania”) powstaje cząsteczka RNA, by później za pomocą kodu genetycznego zostało zsyntetyzowane białko. Różnica pomiędzy DNA, a kodem staje się jasna. Jedno jest materialnym związkiem chemicznym niosącym informację, drugie to sposób zapisu umożliwiający jej odczytywanie. 

ekspresja DNA
Ekspresja informacji genetycznej

W roku 1953 James Watson i Fransic Crick opisali strukturę DNA, którą w skrócie wyżej przybliżyłem. Dzięki mozolnej pracy wielu badaczy – sprawdzaniu pojedynczo jakie trójkowe sekwencje RNA jaki aminokwas kodują – udało się też ustalić kod genetyczny. I tak na przykład kodon AAG (adenina, adenina, guanina) koduje lizynę, CCA (cytozyna, cytozyna, adenina) prolinę czy UGG (uracyl, guanina, guanina) tryptofan. Za badania i zinterpretowanie kodu genetycznego przyznano Nagrodę Nobla z medycyny lub fizjologii w roku 1968 dla Roberta Williama Holley’a, Hara Gobinda Khorana i Marshalla Nirenberga.

kod genetyczny
Kod genetyczny, Pixabay.

Co do dzisiaj dokładnie ustalono? Istnieją 64 kodony (mamy ogólnie 4 zasady, a każdy aminokwas kodują 3 zasady, zatem 43 daje nam 64). Większość aminokwasów jest kodowana przez kilka kodonów, ale są wyjątki: metioninę koduje tylko AUG (adenina, cytozyna, guanina), a tryptofan wspomniany już kodon UGG. Natomiast każdy kodon koduje tylko jeden aminokwas. Kolejną ważną sprawą jest to, że triplet metioniny oznacza START dla translacji (biosyntezy białka), czyli pierwotnie łańcuchy peptydowe zaczynają się od tego właśnie aminokwasu (później w wyniku obróbki biochemicznej może on zostać usunięty). Bez kodonu START translacja nie zajdzie. Informację o zakończeniu budowania białka kodują trzy kodony STOP.

Mitochondria, zdjęcie z mikroskopu elektronowego,
http://remf.dartmouth.edu/
Choć podkreśla się uniwersalność kodu genetycznego – co oznacza, że u wszystkich organizmów informacja genetyczna jest kodowana w ten sam sposób – to istnieją wyjątki wśród niektórych drobnoustrojów oraz mitochondriów (będącymi de facto także mikroorganizmami, wchłoniętymi do prakomórki, które w toku ewolucji stały się jej nierozłączną częścią, choć do dzisiaj zachowały pewną niezależność, m.in. właśnie w kodzie genetycznym). Wskazywać to może, że te właśnie mikroorganizmy, przodkowie mitochondriów, wywodziły się z innych prareplikatorów, niż cała reszta świata ożywionego.  Bądź też, że bardziej potrzebne wówczas do zachodzenia podstawowego metabolizmu aminokwasy (białka, z których się składały) współistniały z mniejszą dostępnością konkretnych zasad, składających się na kodony oznaczające te właśnie aminokwasy w powszechnym kodzie genetycznym i selekcyjny nacisk wymusił jego modyfikacje. Zwraca się uwagę na fakt, że powszechność cytozyn i guanin oraz często przez nie kodowanych - glicyny i alaniny - wskazuje, że były one pierwszymi składnikami przodków DNA i pierwotnie samotnie tworzyły kod genetyczny.

Hipotez próbujących wyjaśnić tę kwestię (ewolucji kodu i przyczyn wspomnianych różnic) jest znacznie więcej. Na przykład tłumaczenie tego oddziaływaniami chemicznymi czy koewolucją metaboliczną. Faktem jest, że kod genetyczny mógł ewoluować (a wręcz musiał), co wykazuje nie tylko dedukcja, ale też analizy matematyczne. To, że każdy aminokwas jest kodowany zwykle przez kilka kodonów to także zasługa selekcji – bez tego podmiany zasad w sekwencji praDNA dużo częściej powodowały by zmianę dodawanego w translacji aminokwasu (czyli dającą efekt biologiczny mutację), co pogarszałoby przeżywalność i wierność kopiowania replikatora i tym samym na nic przyspieszając tempo ewolucji. Na marginesie warte zwrócenia uwagi jest też to, że kod genetyczny, nie będący materialną cząsteczką, a jedynie informacją, wykazuje tym (tak jak i jego ewolucja) pewne analogie i podobieństwa do memów w ewolucji kulturowej.

Ciche podstawienie - możliwe dzięki degeneracji kodu genetycznego

Temat kodu genetycznego jest szeroki. Można go rozpatrywać na różnych płaszczyznach: genetycznej, biochemicznej, ewolucyjnej, gdzie w tej ostatniej sporo jest jeszcze do odkrycia. Choć we wpisie tym zawarłem różne informacje i ciekawostki, to u podstawy chciałem zwrócić uwagę na opisany już na początku, irytujący i bardzo często pojawiający się błąd. Powtórzę więc na koniec ponownie: DNA to cząsteczka chemiczna, nośnik informacji genetycznej. Kod genetyczny to mechanizm pozwalający odczytywać informację genetyczną. DNA to nie jest kod genetyczny.

Chcesz wesprzeć rozwój mojego bloga? Możesz to zrobić zostając jego patronem tutaj

Literatura
Douglas J. Futuyma. Ewolucja. Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa 2008.
http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/articles/Pawlica06
Koonin, Eugene V., and Artem S. Novozhilov. "Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma." IUBMB life (2009): 99-111.
Winter P., Hickey I., Fletcher H. Krótkie wykłady. Genetyka. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2013.
www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1968/index.html

13 komentarzy:

  1. Dobrze, że terminy wyjaśniłeś, bo faktycznie łatwo o błąd.

    OdpowiedzUsuń
  2. Bardzo ciekawy wpis! W jasny i przejrzysty sposób wytłumaczyłeś to genetyczne zagadnienie, które często w szkole bywa gmatwane xD

    OdpowiedzUsuń
  3. Pytanie podstawowe na połowie egzaminów na Biotechnologii ;) Ale mnóstwo ludzi to myli, fakt. A popularyzacja nauki powinna być na porządku dziennym - potem można czytać forum antyszczepionkowców jak dobrą fantastykę i zastanawiać się czy żyjemy na tym samym świecie.

    OdpowiedzUsuń
  4. Świetny artykuł, aczkolwiek mam małą uwagę - DNA jest RODZAJU MĘSKIEGO. To kwas nukleinowy - czyli mówimy "TEN DNA" a nie "to DNA", czy też błąd znaleziony w tekście - DNA jest przepisywanY a nie przepisywane na RNA :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Przepraszam za OT, ale rodzaj gramatyczny skrótowca wcale nie musi być taki sam jak jego rozwinięcia:
      http://sjp.pwn.pl/poradnia/haslo/DNA;11745.html
      http://publications.europa.eu/code/pl/pl-4100300.htm
      http://www.rjp.pan.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=229:skrotowce&catid=44:porady-jzykowe&Itemid=58

      Usuń
  5. triplet AUG nie zawsze oznacza start, nie chce tu wnikac w to ze bywaja inne starty ale metionina moze tez byc w samym lancuchu polipeptydowym a nie tylko na jego poczatku, poza tym bardzo mi sie podoba. Tak ze prawidlowo by bylo ze start jest (zawsze) kodonem dla metioniny, a nie ze kodon metioniny oznacza zawsze start Ewa Bartnik

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Dziękuję za uwagę, poprawione :-).

      Usuń
  6. jako laik też bym pewnie pomylił kod DNA z kodem genetycznym, teraz będę jednak uważał, żeby nie pomylić tych pojęć

    OdpowiedzUsuń
  7. Na Biologi zawsze miałam problem z pojęciami dotyczącymi kodu genetycznego i DNA, szkoda, że ty u mnie nie uczyłeś chyba bym szybciej to wszystko zrozumiała :)

    OdpowiedzUsuń
  8. Skoro już dyskutujemy o myleniu terminów, to dobrze byłoby nie mylić szyfrowania (celowego ukrywania treści przed postronnymi osobami) z kodowaniem (sposobem zapisu, translacją informacji na symbole).

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Te pojęcia w biologii mają się nieco inaczej (tak jak odczytywanie, ekspresja itd.). Ja nie widzę tutaj błędu. Informacja jest zaszyfrowana, a kwestię celowości w tym wypadku pomijamy. Tak naprawdę czepiając się w ten sposób terminologii w biologii to co piąte słowo by Ci nie pasowało ;-).

      Usuń
  9. ooo!!! najciekawszy dla mnie to był dział z genetyki, ciekawy artykuł :D

    OdpowiedzUsuń