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. זו תופעה מאד חריגה. איך זה מתרחש מבחינה ביוכימית ואיך מתמודד עם התופעה המוזרה הזו תא השמר?

החומר התורשתי, DNA, מכיל את כל המידע הדרוש לקיום החיים. המידע מוצפן בקוד הידוע בכינויו "הקוד הגנטי". ה-DNA בנוי מאבני בניין (נוקלאוטידים) שלרצפים שהם מרכיבים תפקידים שונים: קידוד חלבונים, בקרה, יציבות מבנית וכדומה. באזורים המקודדים חלבונים, כל שלשה של נוקלאוטידים (מסומנים באותיות
G - גואנין, A, אדנין, C, ציטוזין, ו-T, תימין), יוצרת קודון המקודד חומצה אמינית מסויימת (ויש כאלה 20),  שכאשר מורכבות ביחד יוצרות בסופו של דבר את החלבונים השונים. היות ויש 64 קודונים שונים (לפי מספר הצרופים האפשרי של ארבעה נוקלאוטידים בחזקת 3), לחלק מהחומצות האמיניות יש יותר מקודון אחד. שלושה קודונים מתפקדים כקודוני סיום. 

חשוב לציין, שהמידע הגנטי מה-DNA אינו עובר ישירות לאתר ההרכבה של החלבונים (הריבוזום). המולקולה המתווכת היא RNA שליח (mRNA), שהיא העתק של ה-DNA. ה-RNA דומה במבנהו ל-DNA, וגם הוא מכיל ארבעה נוקלאוטידים שמקבילים לנוקלאוטידים ב-DNA, אך במקום התימין (T), 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


בתאים 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 בקיצור), שמתאימה בין הרצף של הקוד גנטי לחומצה אמינית מתאימה 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. קיימים 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  שמופיע ב-DNA כ-CTG (ב-RNA כאמור זה CUG) שברוב 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.

מחקר מעמיק יותר מצא שבפטריה הזו קיימים 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.

מבחינה ביוכימית, סרין ולאוצין שונות מאד בגודלן ובתכונות נוספות (לדוגמה הידרופיליות לעומת הידרופוביות, בהתאמה). התמקמות של סרין במקום לאוצין ברצף החומצות האמיניות עלולה לשנות את המבנה המרחבי ולפגוע בפעילות של החלבון הנוצר. אז איך מתמודדת הפטרייה עם הבעייה שמציבים בפניה שני ה-tRNAs המקודדים לחומצה שונה על אותו הרצף? התברר שברוב המקומות הרלוונטיים הוחלף, כניראה כתוצאה ממוטציה אקראית שלוותה בברירה טבעית, הקוד המקורי CTG, באחד הקודונים האחרים המקודדים ללאוצין, ואם נשאר הקודון CTG במקום מסויים בחלבון כלשהו, זה כנראה מקום שהשינוי מלאוצין לסרין לא מפריע לחלבון לתפקד באופן תקין.

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


לקריאה נוספת
המאמר המקורי ב-Current biology

פורסם במקור באתר הפייסבוק "מדעי החיים באוניברסיטה הפתוחה" ואחר-כך גם ב"מדע גדול, בקטנה"- באתר, ובדף הפייסבוק

התמונה של ‏מדע גדול, בקטנה‏.






אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה