Codul genetic

Codul genetic este de regulă succesiunea tripleților de nucleotide (ARN) alcătuind un codon

cu un lanț de aminoacizi, aceste combinații transmitand mai departe informația genetică, activând

sinteza proteinelor.Prin fenomenul de translație din interiorul celulei va lua naștere o legătură specifică

de aminoacizi, deci fiecare moleculă de ARN (acid ribonucleic) conține o structură anumită de

aminoacizi (cod).Acest lanț de aminoacizi începe sinteza corespunzătoare a lanțului de ADN -lui care

determină succesiunea și natura sintezei proteice.

Ca condiție pentru această sinteză e necesar fenomenul de transcriere a informație ARN ->

ADN.Tabelul de mai jos indică nucleotidele (Adenină, Guanină, Citosină, Uracil și Timină) din codon și

felul sau succesiunea în care se pot combina, având un număr de 4³ =64 codoane (combinații) posibile care pot fi cifrate sau codificate după următorul model:

Tabelul 1 : Tabelă-Standard-Codon. Tabelul ne arată cele 64 posibilizăți a structurii Codon-Tripletts.

2. Bază

U C A G

1. Bază

U

UUU FenilalaninaUUC FenilalaninaUUA LeucinaUUG Leucina

UCU SerinaUCC SerinaUCA SerinaUCG Serina

UAU TirosinăUAC TirosinăUAA StopUAG Stop

UGU CisteinăUGC CisteinăUGA StopUGG Triptofan

C

CUU LeucinăCUC LeucinăCUA LeucinăCUG Leucină

CCU ProlinăCCC ProlinăCCA ProlinăCCG Prolină

CAU HistidinăCAC HistidinăCAA GlutaminăCAG Glutamină

CGU ArgininăCGC ArgininăCGA ArgininăCGG Arginină

A

AUU IsoleucinăAUC IsoleucinăAUA Isoleucină1AUG Metionină

ACU TreoninăACC TreoninăACA TreoninăACG Treonină

AAU AsparaginăAAC AsparaginăAAA LisinăAAG Lisină

AGU SerinăAGC SerinăAGA ArgininăAGG Arginină

G

GUU ValinăGUC ValinăGUA ValinăGUG Valină

GCU AlaninăGCC AlaninăGCA AlaninăGCG Alanină

GAU AsparaginazăGAC AsparaginazăGAA Acid glutamicGAG Acid glutamic

GGU GlicinăGGC GlicinăGGA GlicinăGGG Glicină

Culoarea stabilită aminoacizilor:

hidrofob (nepolarizat)

hidrofil neutru (polarizat)

hidrofil se poate încărca pozitiv

= alcalin

hidrofil se poate încărca negativ = acid

În natură există 20 de aminoacizi disponibili pentru sinteza proteică, iar informația necesară acestei sinteze este stocată în macromoleculele ADN al căror limbaj este codat sub forma a 4 semne sau baze azotate. Bazele azotate din structura ADN sunt responsabile pentru determinarea ordinea în care cei 20 de aminoacizi se vor grupa într-o catenă proteică. Informația genetică codificată în cele 4 baze azotate ale ADN-ului (adenină- A, guanină- G, citozină- C și timină- T) trebuie tradusă pentru constituirea celor 20 de aminoacizi, responsabil cu această traducere fiind codul genetic. 

Codul genetic este sistemul biochimic care stabilește relația dintre acizii nucleici și proteine. Fiecărui aminoacid din catena polipeptidică îi corespunde o succesiune de 3 nucleotide sau baze azotate, care se numește codon. În total sunt 64 de codoni, iar aceștia alcătuiesc codul genetic. 

Structura codului genetic

Există 4 nucleotide sau 4 baze azotate, iar acestea combinate câte 3, deoarece 3 nucleotide alcătuiesc un codon, formează în total cei 64 de codoni ai codului genetic, sau 4 la puterea a treia combinații de baze azotate. Acest număr total de codoni a fost stabilit matematic, dacă o bază azotată ar codifica un aminoacid atunci ar exista 4 aminoacizi, dacă 2 baze ar codifica un aminoacid, atunci ar exista 4 la puterea a 2-a aminoacizi adică 16 aminoacizi. Însă, 3 baze azotate codifică un aminoacid prin urmare ar trebui să existe 4 la puterea a treia aminoacizi adică 64 de aminoacizi. Dar sunt doar 20, dar cu nenumărate posibilități de ordonare și aranjare în cadrul unei catene polipeptidice, rezultând un număr vast de combinații și de structuri proteice într-un organism. Din cei 64 de codoni ai codului genetic, 61 codifică aminoacizi și se numesc codoni sens, iar ceilalți 3 nu sunt implicați în codificarea aminoacizilor, fiind numiți codoni nonsens, dar sunt importanți în citirea mesajului genetic purtat de ARNm. Ei marchează locul unde se oprește decodificarea informației genetice fiind numiți codoni STOP și notați UAA, UGA și UAG. Ei determină sfârșitul sintezei proteice.  Codonii AUG și GUG sunt codoni sens care codifică metionina, respectiv valina și au și semnificația de a da startul sintezei proteice, fiind numiți codoni START sau codoni de inițiere. Dicționarul codului genetic este format din totalitatea codonilor care determină aminoacizii standard, împreună cu codonii start și stop, sau codonii de punctuație. Codonii sinonimi sunt codonii care codifică același aminoacid. Ei diferă doar prin al treilea nucleotid. Fiecare aminoacid, cu excepția triptofanului și metioninei este codificat de cel puțin 3 codoni diferiți sau codoni sinonimi. Trei aminoacizi, arginina, leucina și serina sunt codificați de 6 codoni.  Cadrul de citire este secvența de ADN alcătuită dintr-o succesiune de codoni, fiind marcat de codonul start sau AUG și se află la începutul moleculei de ARNm care poartă informația genetică din ADN. Decodificarea ARNm-ului și citirea informației sintetizate în acesta se face de la un codon la altul de-a lungul moleculei în direcția 5’- 3’, până ce se ajunge la codonul stop care determină terminarea sintezei lanțului proteic. 

Caracteristicile codului genetic

1. Este nesuprapus, adică doi codoni succesivi nu au nucleotide comune. Ca exemplu,

secvența de nucleotide 5’- ATG-ACA-GGA-TTA- 3’ o citim în direcția 5’-3’ succesiv, în grupuri de

câte 3 baze azotate. 

2. Este fără virgule, întrucât nu există semne de punctuație sau întreruperi reprezentate de

nucleotide fără sens între doi codoni succesivi, iar citirea informației se face continuu și cursiv fără

opriri. De exemplu, un cod normal ar putea fi reprezentat așa: 5’-ATG-ACA-GGA-TTA-3’, iar un cod

cu virgule ar arăta așa: 5’-ATG-G-ACA-T-T-GGA-C-TTA-3’ existând opriri reprezentate de

nucleotide ce barează citirea continuă a informației 

3. Este degenerat. Există mai mulți codoni decât aminoacizi, iar același aminoacid poate fi

codificat de mai mulți codoni. De exemplu serina poate fi codificată de 6 codoni sinonimi care diferă

între ei printr-o singură nucleotidă. Codonii sinonimi mai sunt numiți și codoni codegenerați.

Degenerarea codului genetic nu este o eroare, ci astfel se stabilesc posibilități variate de combinare

a nucleotidelor pentru a determina variația aranjării diferiților aminoacizi în cadrul unei catene

polipeptidice și diversitatea structurilor proteice ale unui organism. De asemenea, degenerarea este

un mecanism de combatere a erorilor de sinteză proteică. 

4. Este universal, prin urmare aceeași codoni codifică același aminoacid în toată lumea vie,

atât la procariote cât și la eucariote. Diferită însă este succesiunea codonilor în structura acizilor

nucleici ai fiecărei specii, succesiune care conferă unicitatea speciei respective 

5. Are un grad redus de ambiguitate, întrucât un codon al ARNm poate determina poziția

unui singur aminoacid pe o catenă polipeptidică. 

Codul genetic poate fi modificat însă prin mutație, un exemplu fiind faptul că au fost raportate

excepții de la universalitatea sa când s-a descoperit că UGA, codonul stop al genomului nuclear

codifică aminoacidul triptofan în mitocondrii. Un alt exemplu este codonul AUA care codifică

izoleucina în genomul nuclear și metionina în genomul mitocondrial.