חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

24.6.18

חריגה לא שגרתית מהקוד הגנטי - קודון אחד ושתי חומצות אמיניות


בשמר Ascoidea asiatica התגלה שאחד הקודונים, CUG, מקודד בתדירות שווה לשתי חומצות אמיניות שונות. איך זה קורה ואיך מתמודד עם התופעה המוזרה הזו תא השמר?

החומר התורשתי, DNA, מכיל את כל המידע הדרוש לייצור חלבונים. המידע מוצפן בקוד הידוע בכינויו הקוד הגנטי. באזורים המקודדים חלבונים, כל שלשה של נוקלאוטידים (אבני הבניין של ה-DNA - גואנין, G, אדנין, A, ציטוזין, C ותימין, T), מהווים קודון המקודד חומצה אמינית מסויימת (ויש כאלה 20). היות ויש 64 שלשות שונות (מספר הצרופים האפשרי של שלושה נוקלאוטידים - 4 בחזקת 3), ורק 20 חומצות אמיניות. ללא מעט חומצות אמיניות יש יותר מקודון אחד. שלושה קודונים מהווים קודוני סיום. 

חשוב לציין, שהמידע הגנטי מה-DNA אינו עובר ישירות לאתר בו נוצרים החלבונים (הריבוזום). המולקולה המתווכת היא RNA שליח (mRNA), שהיא העתק RNA של האזור ב-DNA המקודד לחלבון. ה-RNA דומה במבנהו ל-DNA, וגם הוא מכיל ארבעה נוקלאוטידים שמקבילים לנוקלאוטידים ב-DNA, אך במקום תימין, יש ב-RNA אורציל, U.

File:Aminoacids table.svg
הקוד הגנטי האוניברסלי כפי שבא לידי ביטוי ב-RNA.
בטבעת הפנימית הנוקלאוטיד הראשון של הקודון, בטבעת התיכונית הנוקלאוטיד השני,
ובטבעת החיצונית הנוקלאוטיד השלישי של הקודון.
המקור -  Mouagip, Wikimedia commons


בכל התאים קיימת מערכת מורכבת של חלבונים ומולקולות RNA מסוגים שונים, שתפקידה לקרוא את הקוד ולבנות על-פיו את החלבון הנדרש. מולקולת המפתח להתאמה בין הקודון לחומצה האמינית היא מולקולת RNA מעביר, tRNA, שמכילה בצידה האחד אנטי קודון - שמזהה את הקודון שב-mRNA, ובצידה השני אתר קשירה לחומצה האמינית המתאימה, המוטענת באמצעות אנזים ייחודי.

הקוד הגנטי התפתח לצורתו המוכרת היום, כנראה עוד לפני הפיצול בין שלוש העל-ממלכות (חיידקים, ארכאונים ואיקריוטים). כי בשלושתן הקוד זהה לחלוטין. יש מעט מאד חריגים מוכרים (קודונים לחומצה אמינית אחת שמקודדים לאחרת,  קודוני סיום שמקודדים לחומצה אמינית), שכנראה התפתחו מאוחר יותר.

בקבוצה מסויימת של שמרים (פטריות חד-תאיות) יש חריגה מוכרת בקודון המקודד לחומצה אמינית. הקודון CTG (ב-RNA זה CUG) שבכל היצורים האחרים מקודד לחומצה האמינית לאוצין, מקודד בחלק מהשמרים לחומצה האמינית סרין, ובאחרים לחומצה האמינית אלנין.

לאחרונה גילה צוות משולב של החוקרים סטפני מולהאוסן (Mühlhausen) ולורנס הרסט (Hurst) ממרכז מילנר לאבולוציה של אוניברסיטת Bath הבריטית ומרטין קולמר (Kollmar) ממכון מקס פלנק שבגרמניה, שבשמר מסויים מהקבוצה, Ascoidea asiatica, הקודון CUG מתורגם אקראית ללאוצין או סרין, תופעה שלא היתה מוכרת עד כה.

מסתבר שבפטריה הזו יש שני גנים שמקודדים מולקולות של tRNA שמזהות את הקודון CUG. אחת מהן מתאימה לקודון את החומצה האמינית המקורית (לאוצין) ואילו השנייה מתאימה לקודון את החומצה האמינית סרין. כך שבעת הצורך לתרגם את הקודון CUG, הוא מתורגם באקראיות בהתאם ל-tRNA הזמין.

היות סרין ולאוצין שונות מאד בגודלן, וגם בתכונות נוספות, התמקמות של סרין במקום לאוצין עלולה לשנות את המבנה המרחבי ולפגוע בפעילות של החלבון הנוצר. אז איך מתמודדת הפטרייה עם הבעייה שמציבים בפניה שני ה-tRNAs? התברר שברוב המקומות הרלוונטיים הוחלף, כתוצאה ממוטציה אקראית, הקוד המקורי CTG, באחד הקודונים האחרים המקודדים ללאוצין, ואם נשאר הקודון CTG במקום מסויים בחלבון כלשהו, זה כנראה מקום שהשינוי מלאוצין לסרין לא מפריע לו לתפקד.

החוקרים, שמעריכים שהפטריה כבר חיה עם שני סוגי ה-tRNA כמאה מיליון שנים, תוהים איזה יתרון זה היקנה לפטריה, שאיפשר את השרדות התופעה.


לקריאה נוספת
המאמר המקורי ב-Current biology

פורסם במקור באתר הפייסבוק "מדעי החיים באוניברסיטה הפתוחה"





אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה