Iš kur genetinis kodas ?: atšildžius „užšalusią avariją“ | paveldimumas

Iš kur genetinis kodas ?: atšildžius „užšalusią avariją“ | paveldimumas

Anonim

Bazinis poravimasis ir dviguba spiralinė DNR struktūra gali būti svarbiausias atradimas, kurį žmonija padarė ar kada nors padarys apie save. Ypatinga jo aiškinamoji galia atsiranda dėl to, kaip kaupiama informacija baltymams gaminti, o tai, savo ruožtu, priklauso nuo genetinio kodo (Woese, 1965; Crick, 1966). Beveik universali vertimo lentelė, pagal kurią kodonai priskiriami aminorūgštims, yra labai atsitiktinė; beveik visos galimos alternatyvos yra labiau pažeidžiamos tiek mutacijų, tiek skaitymo klaidų padarinių (Freeland ir Hurst, 1998). Ankstyvojo kodavimo eksperimentų horizontaliojo perkėlimo ir pirminio pasidalinimo svarba optimizuojant kodą neseniai buvo aprašyta Woese (Vestigian et al., 2006).

Šioje apžvalgoje trūksta kodonų reikšmių priskyrimo gramatikos ir konkrečių pasirinkimų, kuriuos priėmė evoliucija, kodonų lentelę įšilus į dabartinę formą, molekulinio pagrindimo. Rodine ir Rodin (2008) šiame „ Paveldėjimo“ numeryje siekia vieningo molekulinio genetinio kodo aiškinimo, paremto daugiausia dviem naujaisiais dokumentais, siūlančiais užpildyti šias spragas (Rodinas ir Rodinas, 2006a, 2006b; Delarue, 2007).

Genetinio kodo atsiradimas buvo neatsiejamas nuo RNR adapterių ir baltymų katalizatorių, kurie jį įgyvendina dabar, protėvių. Nesant katalizatorių, aminorūgščių aktyvacija yra 10–7 kartus lėtesnė nei peptidinių ryšių susidarymas. Katalitinis sunkus kėlimas, reikalingas šiam greičiui pagreitinti, yra padalijamas vienodai tarp dviejų nesusijusių fermentų superšeimų: I klasės ir II klasės aminoacil-pernešimo RNR sintetazės (aaRSs), kiekviena suaktyvinanti 10 iš 20 kanoninių aminorūgščių (Eriani et al., 1990). . Dvi aaRS klasės užtikrina teisingą jų giminingų tRNR aminoacilinimą, sąveikaudamos iš priešingų akceptoriaus stiebo pusių arba su mažuoju (I klasės), arba su pagrindiniu (II klasės) grioveliu, ir tokiu būdu acilindami arba 2, arba 3 ′ hidroksilo grupes. A76. Tiek Delarue, tiek Rodino dokumentai pertvarko kodonų lentelę, kad atspindėtų šiuos kontrastingus molekulinio atpažinimo būdus. Jie daro išvadą apie gana skirtingas, bet galbūt viena kitos nesuderinančias taisykles.

Delarue (2007) teigia, kad kodonų padalijimas pagal „aaRS“ klasių atskyrimą palengvino hierarchinį procesą, kai kodų papildymai sumažino kodono dviprasmiškumą, kad sudarytų esamą lentelę, turint tik penkis dvejetainius pasirinkimus. Nediferencijuoti trynukai, NNN, buvo nesąmoningi kodonai. Kodonams buvo suteikta reikšmė, pradedant nuo antrosios bazės (nesvarbu, ar tai buvo pirimidinas, ar purinas, tada skirtumas tarp U vs C ir A vs G) ir baigiant trečiąja. NYN tripletai galėjo sąveikauti su sintetaze, tuo tarpu NRN negalėjo ir liko sustabdyti kodonus. Sintetazė: NYN turinčios tRNR sąveikos griovio atpažinimo atžvilgiu buvo neaiškios. Vidurinės bazės tapatumas išskyrė keturias kodonų šeimas, iš kurių NCN buvo pripažintas iš didžiosios, o NUN - iš mažojo griovelio, o NGN liko dviprasmiška griovelio atpažinimo atžvilgiu, o NAN liko neapibrėžta.

Kiekviename žingsnyje dviprasmiška kodonų šeima diferencijavosi, kad palikuonys atpažintų priešingą griovelį, o stop kodonų šeimos nusileidimas sukūrė naują dviprasmišką šeimą ir išlaikė stop kodoną, kuris visada buvo kodo bruožas. Šios asimetrinio padalijimo taisyklės suteikia unikalią diferencijavimo tvarką, leidžiančią išsamiai ištirti pradinį kodonų priskyrimą, ir galima teigti, kad kodo išvaizda distiliuojasi iš eilės po atleidimo iš darbo, determinuotai pašalinant dažniausiai pasitaikančias klaidas.

Delaure'io diferenciacijos modelyje molekuliniai mechanizmai lieka neaiškūs. Kita vertus, Rodinai nustato ir panaudoja dvigubą komplementaarumą, akivaizdų sintetazėje: tRNR atpažinimas, siekiant pateikti molekulinę detalę. tRNR atpažinimas priklauso nuo dviejų skirtingų atpažinimo „kodų“, „antikodono“ ir „operacinio kodo“ (Schimmel ir kt., 1993), esančių greta aminoacilinimo vietos 3 ′ CCA gale. Pažymėtina, kad tRNR su papildomais antikodonais taip pat statistiškai reikšmingai papildo jų akceptoriaus kamieninius operacinius kodus (Rodinas ir Rodinas, 2006a, 2006b).

Rodinsas siūlo, kad šis dvigubas papildomumas būtų išsaugotas nuo ankstesnio kodo kūrimo etapo, taigi yra molekulinio atpažinimo režimų, esančių pereinamosiose tRNR, simpatiniame kodo evoliucijos etape, kuriame buvo sukurti trigubos skaitymo rėmai, apimtyje. viduriniai antikodonų pagrindai buvo pritvirtinti, galbūt sutampa su Delarue diferenciacijos schemos antruoju žingsniu. Be to, jie siūlo, kad dvi „aaRS“ klasės tikriausiai išplėstų pagrindinį arba nedidelį griovelių atpažinimą tuo metu, kai abiejose genų sruogose buvo nuoseklūs pranešimai koduojant sensaciją / antisense. Jie daro išvadą, kad nauji kodonai buvo verbuojami poromis, nes tiek jutimo, tiek antisense sruogų vertimui prireiks, kad reikšmė būtų abiem kodonams ir jų antikodonams. Dvigubo geno, koduojančio priešingų klasių pirmykštes sintetazes (ir tRNR griovelio atpažinimą) priešingose ​​sruogose, evoliucinis kitimas (Pham ir kt., 2007) galėjo įvesti naujas kodonų poras, kaip rodo Griovų atpažinimo paveldėjimas Delarue modelyje.

Rodinsas pastebi, kad 16 iš 32 kodonų: antikodonų porų yra RY palindromai, todėl jie gali būti neaiškūs, ypač antikodono kilpos YYNNNRR kontekste (1 paveikslas). Šiuolaikiniai „aaRS“ visada naudoja priešingą griovelio atpažinimą šioms 16 porų, siūlydami latentinį, papildomumu pagrįstą antrinį kodą, vengiantį supainioti palindrominį kodoną: antikodono poras. Šis latentinis kodas veikia taip: jei du papildomi kodonai turi YY prieš RR antroje ir gretimose bazėse, jų aaRS priartėja prie tRNR akceptoriaus kamieno iš to paties griovelio, tai yra, NAR · YUN = nedidelis griovelis; RGN · NCY = pagrindinis griovelis. Jei gretimos bazės yra pakaitomis - YR arba RY - ir todėl gali sudaryti palindromą, tada jos atpažįstamos iš priešingų griovelių: YGN = mažas · NCR = pagrindinis ir NAY = mažas · RUN = pagrindinis. Pagrindinis ryšys tarp „aaRS“ klasės atskyrimo ir klaidų mažinimo yra tas, kurį Rodinai vadina „plitimo“ kryptimi, tai yra būdas, kuriuo kaimyninės bazės yra naudojamos specialiam atpažinimui pagerinti. Pasklidęs atpažinimas priešingomis kryptimis labai sumažina neteisingo aminoacilinimo riziką, ypač ribozimal aaRS, kuriam susitikti su skirtingais nukleotidais būtų reikėję eiti priešingomis kryptimis ir tokiu būdu sąveikauti nuo priešingų griovelių.

Image

Galimi palindromai tRNR antikodono kilpoje ir latentinis, komplementarumu pagrįstas subkodas aminoacil-tRNR sintetazės atpažinimui tRNR. Keturios galimos dviejų antikodonų bazių konfigūracijos purino ir pirimidino lygiu (paryškintas veidas) yra suporuotos kartu su papildomais antikodonais ir spalvotos (mėlyna → raudona) atsižvelgiant į didėjantį pažeidžiamumą klaidingai skaitant. Du paeiliui einantys purinai arba pirimidinai vargu ar bus supainioti su jų papildais. Antikodone esantys kintami purino / pirimidino dinukleotidai yra gana tikėtini, kad juos supainioja, kaip rodo geltonos brūkšninės linijos (pritaikytos iš Rodin ir Rodin, 2008; 3 ir 4 paveikslai bei 3 lentelė).

Visas dydis

Šie dokumentai pateikia dvi naujas įžvalgas ant kodono stalo. Delarija suteikia deterministinį visiškai dviprasmiško trigubo kodo, neturinčio informacijos, diferencijavimo į šios dienos kodą, nurodantį 22 aminorūgštis. Šios sąvokos esmė yra ta, kad viena nusileidimo šaka neišlaiko kodavimo informacijos, todėl visada prieinama skyrybos, ty stop kodonams. Laikantis šio diferenciacijos modelio, labiausiai dviprasmiškas yra naujai atrastas tRNR, kuris UAG kodoną dekoduoja kaip pirolizinas Archaėjoje, sąveikaudamas tiek su I klasės, tiek su II klasės lizilo tRNR sintetazėmis (Delarue, 2007).

Rodins identifikuotas latentinis, papildomumu grindžiamas papildomas kodas sukuria racionalų ryšį tarp aaRS klasės atskyrimo ir acilinimo paklaidos sumažinimo tiems šešiolikai kodonų: antikodonų porų, kurias dažniausiai supainiojo riboziminiai tRNR sintetazės pirmtakai. Savo ruožtu tai teigia, kad tRNR acilinimas iš pradžių buvo atliekamas riboziminių sintetazių būdu.

Jei, kaip rodo Rodinsas, kodas išaugtų dėl (simetrinio) kodono: antikodono porų įtraukimo, tai reikštų ankstyvą pirmojo ir trečiojo kodono bazių atitikmenis ir tokiu būdu pakeistų tam tikras voblerio hipotezės evoliucines pasekmes (Crick, 1966), kuris trečiajai bazei priskiria mažiausią reikšmę. Delarue diferenciacijos modelis gali pateikti alternatyvų paaiškinimą.

Autoriai

  1. Ieškoti CW Carter:

    • Gamtos tyrimų žurnalai •
    • PubMed •
    • „Google Scholar“