Kod genetyczny to nie 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, prawdopodobnie błąd był po stronie tłumacza). W niniejszym tekście chciałbym poruszyć te kwestie.

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). 

Przeczytaj także: Czym jest epigenetyka?

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. 

W roku 1953 James Watson i Francis 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. Była to zdecydowanie jedna z najważniejszych nagród w tej kategorii noblowskiej, bo uhonorowała odkrycie fundamentalnych podstaw dla genetyki.

Przeczytaj także: Genetyka dla zabieganych, czyli jak zrozumieć podstawy genetyki?

Co do dzisiaj dokładnie ustalono? Istnieją 64 kodony (mamy ogólnie 4 zasady-nukleotydy, 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.

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.

Przeczytaj także: Skąd się wzięły mitochondria i co to jest teoria hologenomu?

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.

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.

Przeczytaj także: Jak na zdrowie wpływa siedzący tryb życia i jak zniwelować jego negatywne skutki?

Prowadzenie bloga naukowego wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu staje się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej czasu na pisanie artykułów.

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

Łukasz Sakowski. Czytaj więcej