Codice genetico: caratteristiche
Generalità
In che modo i nucleotidi di una molecola di mRNA specificano la sequenza amminoacidica di una proteina? Avendo a disposizione quattro nucleotidi diversi (A,C,G,U), qualora si trattasse di un codice a una sola lettera, potrebbero essere codificati soltanto quattro amminoacidi. Diversamente, se fosse un codice a due lettere, potrebbero essere codificati 16 (4 x 4) amminoacidi. Un codice a tre lettere, invece, genera 64 (4x4x4) codici possibili, più di quanto sia necessario per codificare 20 amminoacidi presenti nelle cellule viventi. Dal momento che esistono solo diversi 20 amminoacidi, il presupposto dell’esistenza di un codice a tre lettere suggerisce, come in effetti avviene, che alcuni amminoacidi possono essere codificati da più di un codone.
Le caratteristiche del codice genetico
Le caratteristiche del codice genetico sono le seguenti:
1. Il codice è a triplette. Ogni codone dell’ mRNA che codifica per un amminoacido in una catena polipeptidica è formato da tre nucleotidi.
2. Il codice non ha segni di interpunzione, ovvero viene letto in modo continuo. L’ mRNA viene letto in maniera continua, tre nucleotidi per volta, senza saltare alcun nucleotide del messaggio.
3. Il codice non ha sovrapposizioni. L’ mRNA viene letto in gruppi successivi di tre nucleotidi.
4. Il codice è quasi universale. Quasi tutti gli organismi condividono lo stesso linguaggio genetico. Tale linguaggio è arbitrario, nel senso che sono possibili molti altri codici, ma la grande maggioranza degli organismi condivide questo (ciò costituisce una prova rilevante del fatto che tutti gli organismi viventi condividono un antenato comune). Pertanto, è possibile isolare l’ mRMA da un organismo, tradurlo mediante il macchinario isolato da un altro organismo e produrre la proteina così come se fosse stata tradotta nell’organismo di partenza. Il codice non è, tuttavia, completamente universale. Per esempio, i mitocondri che alcuni organismi, come i mammiferi, possiedono minime variazioni del codice, così come il genoma nucleare del protozoo Tetrahymena.
5. Il codice è degenerato. Tranne due eccezioni (A,U,G, unico codone specifico per la metionina, e UGG, unico codone specifico per il triptofano), per ogni amminoacido è presente più di un codone. Questa capacità di codifica multipla viene definita degenerazione o ridondanza del codice, e nel suo ambito è possibile individuare alcuni comportamenti precisi. Nello specifico se i primi due nuovi nucleotidi di un codone sono uguali e la terza lettera è U o C , esso codifica sempre per lo stesso amminoacido.
6. Il codice ha dei segnali di inizio e fine. Nel codice sono contenuti i segnali specifici per l’inizio e la fine della sintesi proteica. Sia negli eucarioti sia nei procarioti AUG (metionina)
è quasi sempre il codone d’inizio della sintesi proteica. Soltanto
61 dei 64 codoni codificano per amminoacidi: tali codoni vengono definiti i codoni senso. Gli altri tre codoni-UAG (ambra), UAA
(ocra) e UGA (opale)- non codificano per nessun amminoacido e in cellule normali non esiste alcun tRNA che rechi l’anticodone appropriato. Questi tre codoni soni i codoni di stop chiamati anche codoni nonsenso o codoni di terminazione, e vengono utilizzati per segnalare la fine della traduzione di una catena polipetidica. Pertanto, quando si legge una particolare sequenza di mRNA, si cerca un codone di stop posto a distanza di un multiplo di tre nucleotidi-ossia nella stessa fase di lettura- dal codone di inizio AUG per stabilire dove termini la sequenza codificante per gli amminoacidi del polipeptide. Una sequenza di questo tipo viene anche denominata Open Reading Frame (ORF).
7. Nell’anticodone avviene il fenomeno del vacillamento.
Dal momento che 61 codoni senso codificano per amminoacidi nell’ mRNA , esiste un totale di 61 molecole di tRNA che potrebbero portare gli anticodoni appropriati. Secondo l’ ipotesi
del vacillamento, proposto da Francis Crick, l’insieme dei 61 codoni senso può essere letto da meno di 61 tRNA diversi, a causa delle proprietà di appaiamento delle basi dell’anticodone. Nello specifico la base all’estremità 5′ dell’anticodone non è sottoposta a restrizioni dal punto di vista tridimensionale come le altre due basi. Questa caratteristiche permette un appaiamento delle basi meno preciso, così che la base all’estremità 5′ dell’anticodone può apparire con più di una base alle estremità 3′ del codone: in altre parole può vacillare.
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