Msimbo wa kijeni, unaoonyeshwa kwa kodoni, ni mfumo wa kusimba taarifa kuhusu muundo wa protini, ulio katika viumbe hai vyote kwenye sayari. Usimbuaji wake ulichukua muongo mmoja, lakini ukweli kwamba upo, sayansi ilieleweka kwa karibu karne. Umaalumu, umaalumu, uelekeo mmoja, na hasa upotovu wa kanuni za kijeni ni muhimu sana kibiolojia.
Historia ya uvumbuzi
Tatizo la kusimba taarifa za kijeni limekuwa tatizo kuu katika biolojia. Sayansi ilisonga polepole kuelekea muundo wa matrix ya msimbo wa kijeni. Tangu ugunduzi wa J. Watson na F. Crick mnamo 1953 wa muundo wa helical mbili wa DNA, hatua ya kufunua muundo yenyewe wa kanuni ilianza, ambayo ilichochea imani katika ukuu wa asili. Muundo wa mstari wa protini na muundo uleule wa DNA ulimaanisha kuwepo kwa msimbo wa kijeni kama mawasiliano ya maandishi mawili, lakini iliyoandikwa kwa kutumia alfabeti tofauti. Na kamaalfabeti ya protini ilijulikana, basi ishara za DNA zikawa somo la uchunguzi wa wanabiolojia, fizikia na wanahisabati.
Haina maana kueleza hatua zote za kutegua kitendawili hiki. Jaribio la moja kwa moja, ambalo lilithibitisha na kuthibitisha kuwa kuna mawasiliano ya wazi na thabiti kati ya kodoni za DNA na asidi ya amino ya protini, ilifanyika mwaka wa 1964 na C. Janowski na S. Brenner. Na kisha - kipindi cha kubainisha msimbo wa kijenetiki katika vitro (in vitro) kwa kutumia mbinu za usanisi wa protini katika miundo isiyo na seli.
Msimbo wa E. koli uliofafanuliwa kikamilifu uliwekwa wazi mwaka wa 1966 katika kongamano la wanabiolojia huko Cold Spring Harbor (USA). Kisha redundancy (degeneracy) ya kanuni za maumbile iligunduliwa. Nini maana ya hii ilielezwa kwa urahisi kabisa.
Usimbuaji unaendelea
Kupata data kuhusu kusimbua misimbo ya urithi imekuwa mojawapo ya matukio muhimu zaidi ya karne iliyopita. Leo, sayansi inaendelea kusoma kwa kina mifumo ya usimbuaji wa Masi na sifa zake za kimfumo na ishara nyingi, ambazo zinaonyesha mali ya kuzorota kwa kanuni za maumbile. Tawi tofauti la masomo ni kuibuka na mageuzi ya mfumo wa usimbaji nyenzo za urithi. Ushahidi wa uhusiano kati ya polynucleotides (DNA) na polipeptidi (protini) ulitoa msukumo kwa maendeleo ya biolojia ya molekuli. Na hiyo, kwa upande wake, kwa bioteknolojia, bioengineering, uvumbuzi katika uteuzi na uzalishaji wa mazao.
Nyenzo na sheria
Dhana kuu ya biolojia ya molekuli - maelezo huhamishwa kutoka kwa DNA hadi kwa taarifaRNA, na kisha kutoka kwa protini. Kwa upande mwingine, uambukizaji unawezekana kutoka kwa RNA hadi DNA na kutoka RNA hadi RNA nyingine.
Lakini matrix au msingi daima ni DNA. Na vipengele vingine vyote vya msingi vya uwasilishaji wa habari ni onyesho la asili hii ya matrix ya upitishaji. Yaani, uhamishaji kwa usanisi kwenye tumbo la molekuli nyingine, ambayo itakuwa muundo wa uzazi wa taarifa za urithi.
Msimbo wa kijeni
Msimbo wa mstari wa muundo wa molekuli za protini unafanywa kwa kutumia kodoni za ziada (triplets) za nyukleotidi, ambazo kuna 4 tu (adeine, guanini, cytosine, thymine (uracil)), ambayo husababisha moja kwa moja kuunda. ya mlolongo mwingine wa nyukleotidi. Nambari sawa na ukamilishano wa kemikali wa nyukleotidi ndio hali kuu ya usanisi kama huo. Lakini wakati wa uundaji wa molekuli ya protini, hakuna mawasiliano kati ya wingi na ubora wa monoma (nyukleotidi za DNA ni asidi ya amino ya protini). Huu ndio msimbo wa asili wa urithi - mfumo wa kurekodi katika mfuatano wa nyukleotidi (kodoni) mlolongo wa asidi ya amino katika protini.
Msimbo wa kijeni una sifa kadhaa:
- Utatu.
- Upekee.
- Mwelekeo.
- Zisizopishana.
- Upungufu (upungufu) wa kanuni za urithi.
- Ufanisi.
Hebu tutoe maelezo mafupi, tukizingatia umuhimu wa kibaolojia.
Utatu, mwendelezo na vimumulio
Kila moja ya asidi amino 61 inalingana na sehemu tatu ya kisemantiki (tatu) ya nyukleotidi. Pande tatu hazibeba habari kuhusu asidi ya amino na ni kodoni za kuacha. Kila nucleotidi katika mlolongo ni sehemu ya triplet, na haipo peke yake. Mwishoni na mwanzoni mwa mlolongo wa nucleotides unaohusika na protini moja, kuna kodoni za kuacha. Huanzisha au kuacha tafsiri (muundo wa molekuli ya protini).
Mahususi, isiyopishana na isiyo ya mwelekeo mmoja
Kila kodoni (triplet) misimbo ya amino asidi moja pekee. Kila triplet inajitegemea ya jirani na haiingiliani. Nucleotide moja inaweza kujumuishwa katika sehemu tatu tu kwenye mnyororo. Usanisi wa protini kila wakati huenda katika mwelekeo mmoja tu, ambao unadhibitiwa na kodoni za kuacha.
Mahitaji ya kanuni za kijeni
Kila sehemu tatu za nyukleotidi husimba asidi moja ya amino. Kuna nucleotidi 64 kwa jumla, ambayo 61 hufunga amino asidi (codons za hisia), na tatu hazina maana, yaani, haziingizii asidi ya amino (kodons za kuacha). Upungufu (upungufu) wa kanuni ya maumbile iko katika ukweli kwamba katika kila uingizwaji wa triplet unaweza kufanywa - radical (kusababisha uingizwaji wa amino asidi) na kihafidhina (usibadili darasa la amino asidi). Ni rahisi kuhesabu kwamba ikiwa mbadala 9 zinaweza kufanywa katika triplet (nafasi 1, 2 na 3), kila nucleotide inaweza kubadilishwa na 4 - 1=3 chaguzi nyingine, basi jumla ya chaguzi zinazowezekana za ubadilishaji wa nucleotidi itakuwa 61. x 9=549.
Uharibifu wa kanuni za kijeni unadhihirishwa katika ukweli kwamba vibadala 549 ni vingi zaidi yamuhimu kusimba habari kuhusu 21 amino asidi. Wakati huo huo, kati ya vibadala 549, vibadala 23 vitasababisha kuundwa kwa kodoni za kusimamisha, vibadala 134 + 230 ni vya kihafidhina, na vibadala 162 ni vikali.
Kanuni ya kuzorota na kutengwa
Ikiwa kodoni mbili zina nyukleotidi mbili za kwanza zinazofanana, na zilizosalia ni nyukleotidi za darasa moja (purine au pyrimidine), basi zinabeba taarifa kuhusu asidi ya amino sawa. Hii ni kanuni ya kuzorota au upungufu wa kanuni za maumbile. Vighairi viwili - AUA na UGA - ya kwanza husimba methionine, ingawa inapaswa kuwa isoleusini, na ya pili ni kodoni ya kusimamisha, ingawa inapaswa kusimba tryptophan.
Maana ya kuzorota na ulimwengu wote
Ni sifa hizi mbili za msimbo wa kijeni ambazo zina umuhimu mkubwa zaidi wa kibayolojia. Sifa zote zilizoorodheshwa hapo juu ni sifa za taarifa za urithi za aina zote za viumbe hai kwenye sayari yetu.
Uharibifu wa msimbo wa kijeni una thamani inayobadilika, kama vile kurudia mara kwa mara kwa msimbo wa asidi moja ya amino. Kwa kuongeza, hii ina maana kupungua kwa umuhimu (uharibifu) wa nucleotide ya tatu katika codon. Chaguo hili hupunguza uharibifu wa mabadiliko katika DNA, ambayo itasababisha ukiukwaji mkubwa katika muundo wa protini. Huu ndio utaratibu wa ulinzi wa viumbe hai vya sayari hii.
