CODON Là Gì ?

Codon là gì?

Codon đề cập đến sự hình thành một nhóm ba nucleotide liền kề trong phân tử RNA thông tin, đại diện cho quy luật của một axit amin nhất định trong quá trình tổng hợp protein.

RNA sứ giả trong tế bào có thể xác định loại và trật tự của các axit amin trong phân tử protein. Trình tự của 4 nucleotit (bazơ) trong phân tử ARN thông tin xác định trình tự của 20 axit amin trong phân tử prôtêin. Ba bazơ trên phân tử ARN thông tin có thể xác định một axit amin.

Iniation codon

Iniation codon là mã hóa khởi đầu. Mã hóa mã xác định vị trí bắt đầu tổng hợp protein. Các codon bắt đầu phổ biến nhất là codon methionine hoặc valine.

Termination codon

Termination codon là mã số kết thúc. Một mã số thường không được bất kỳ phân tử tRNA nào nhận ra, nhưng có thể được liên kết bởi một protein đặc biệt và khiến chuỗi peptit mới được tổng hợp được giải phóng khỏi bộ máy dịch mã. Có ba mã dừng: UAG, UAA và UGA.

Sơ đồ của giả thuyết trung tâm ATP

Với một vài trường hợp ngoại lệ, mã di truyền của các sinh vật đã biết trên Trái đất rất giống nhau; do đó, theo thuyết tiến hóa, mã di truyền nên xuất hiện rất sớm trong lịch sử sự sống.

Các bằng chứng hiện có cho thấy mã di truyền không phải do ngẫu nhiên thiết lập. Một giải thích là một số axit amin liên kết hóa học một cách chọn lọc với các codon tương ứng của chúng, điều này cho thấy rằng quá trình tạo protein phức tạp có thể không sớm tồn tại, và nguyên protein có khả năng được hình thành trực tiếp trên axit nucleic.

Lý thuyết Hóa lập thể

Đại diện của lý thuyết hóa học lập thể là Woos. Ông tin rằng codon bắt nguồn từ sự tương tác lập thể của axit amin với codon hoặc đối mã (hay nói chung là với RNA). Quan điểm này có thể bắt nguồn từ năm 1962, khi Woos suy đoán rằng mối quan hệ mã hóa có thể là tương tác lập thể giữa axit nucleic và axit amin, và ông coi các codon liên quan đến “sự thoái hóa” là nucleotide tương đương.

Vào tháng 5 năm 1965, Woos xuất bản một bài báo mang tên “Các quy tắc của mã” để làm rõ các quy luật sắp xếp của mã di truyền, và tin rằng việc sử dụng phương pháp sắc ký axit amin có thể cung cấp bằng chứng hữu ích cho việc phân tích “sự thoái hóa” lập thể.

Tại thời điểm này, mật mã phổ quát vẫn chưa được thiết lập đầy đủ và mối quan hệ mã hóa do Woos nghiên cứu vẫn chỉ là suy đoán. Trên thực tế, một đối sánh lập thể tối ưu cho tất cả các mối quan hệ mật mã chưa bao giờ được chứng minh.

Tuy nhiên, thực tế là tính kỵ nước của các axit amin và các antodon theo cùng thứ tự với tính kỵ nước của các dinucleoside 3 ‘là một thực tế đã được chứng minh rõ ràng, cho thấy rằng các yếu tố hóa học lập thể đóng một vai trò quan trọng trong việc nhận biết các axit amin và các antodon.

Lý thuyết dự phòng đông lạnh

Đại diện của lý thuyết dự phòng đông lạnh là Crick. Lý thuyết cho rằng các mối quan hệ mật mã là kết quả của sự ngẫu nhiên trong quá trình tiến hóa được cố định và một khi được thiết lập, chúng sẽ tồn tại vĩnh viễn. Sự tương ứng giữa codon và axit amin là cố định trong một khoảng thời gian nhất định của cuộc đời và rất khó thay đổi. Về cơ bản giống với mật khẩu phổ biến được công nhận ngày nay, ngoại trừ mật khẩu bắt đầu khác với UGA.

Mặc dù giả thuyết này đã bị thách thức bởi ba luận điểm về khả năng thích ứng, tính lịch sử và tính chất hóa học của mật khẩu, nhưng từ góc độ cấu trúc mật khẩu, không khó để thấy rằng nghiên cứu mật khẩu của Crick ở thời điểm đó có tính khách quan và hướng tới tính giáo dục.

Mặt khác, từ quan điểm của quá trình sinh tổng hợp axit amin, các codon được mã hóa bởi một số axit amin trong một con đường tổng hợp thường chỉ cách nhau một bazơ. Có vẻ như có một mối quan hệ giữa mã của các axit amin được hình thành ở giai đoạn sau và các axit amin xuất hiện ở giai đoạn đầu, và sự đồng tiến hóa của các axit amin và từ điển mã cho thấy rằng mối quan hệ mã hóa không hoàn toàn là ngẫu nhiên.

Lý thuyết lựa chọn ống nghiệm

Eigen và cộng sự đã tiến hành thí nghiệm khi nghiên cứu nguồn gốc của mã di truyền: không có sự tham gia của bất kỳ enzym và khuôn mẫu nào trong ống nghiệm, chỉ dựa vào xúc tác của ion kẽm để trùng hợp các đơn phân nucleotit thành oligonucleotit, và sử dụng nhau làm khuôn.

Cuối cùng, trong các điều kiện nuôi cấy con khác nhau, các dòng tRNA khác nhau được chọn lọc, và sau đó một quần thể bán phân tử RNA được hình thành. Thí nghiệm này, được gọi là “lý thuyết chọn lọc trong ống nghiệm”, chứng minh rằng axit ribonucleic khởi đầu sự hình thành có thể được hình thành trong điều kiện tự nhiên mà không cần tác động của sinh lực.

Theo môi trường vật lý và hóa học sau khi hình thành trái đất, người ta suy đoán rằng thời kỳ hoạt động của sự hình thành các đại phân tử sinh học là khoảng 3,8 tỷ đến 4 tỷ năm trước. Dựa trên tiết lộ thu được từ thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tin rằng điều kiện ban đầu của trái đất sẽ ảnh hưởng đến việc sản xuất RNA chuỗi ngắn ban đầu và sự tiến hóa của mã. Nhưng lý thuyết không chú ý đủ đến cấu trúc bảng mật khẩu.

Mã di truyền ban đầu có thể đơn giản hơn nhiều so với ngày nay, phức tạp bởi sự tiến hóa của sự sống khi các axit amin mới được tạo ra và tái sử dụng. Mặc dù có rất nhiều bằng chứng ủng hộ quan điểm này, quá trình tiến hóa chi tiết vẫn đang được khám phá. Thông qua chọn lọc tự nhiên, mã di truyền hiện tại làm giảm tác động bất lợi của đột biến. Tức là mã di truyền hoạt động ở các giai đoạn khác nhau bởi 3 yếu tố chọn lọc, lịch sử và hóa học (giả thuyết tiến hóa tổng hợp).

Các loại codon

Có bốn bazơ tạo nên ARN, và hai bazơ đầu tiên trong số ba bazơ đầu tiên xác định một axit amin. Về mặt lý thuyết, có 4 đến lũy thừa thứ 3 = 64 loại kết hợp cơ bản và 64 loại kết hợp cơ bản là 64 loại codon.

Bằng cách phân tích cẩn thận bảng codon của 20 axit amin, có thể thấy rằng cùng một axit amin có thể được xác định bởi một số codon khác nhau, codon bắt đầu là AUG (methionine), và có ba codon UAA, UAG, UGA A không thể xác định được, bất kỳ axit amin nào và là codon dừng để tổng hợp protein.

Công thức tính toán codon

Công thức tính toán toán học cho sự kết hợp của codon và axit amin trong “Lý thuyết cấu trúc”:

C1 / 4 + 2C2 / 4 + C3 / 4 = 20 axit amin, C1 / 4 + 6 (C2 / 4 + C3 / 4) = 64 codon. (Có một thuật toán khác 4 * 4 * 4 = 64, có 4 khả năng cho mỗi vị trí của ba cơ sở trong một codon)

Các đặc điểm của mã di truyền

1.Mã di truyền là mã bộ ba: một codon bao gồm ba bazơ kề nhau trên axit ribonucleic thông tin (mRNA).

2.Codon là phổ quát: các codon sinh học khác nhau về cơ bản là giống nhau, tức là chúng có chung một tập hợp các codon.

3.Không có dấu phẩy trong mã di truyền: không có dấu chấm câu giữa hai codon và không có nucleotide không mã hóa giữa codon và codon. Khung đọc phải tuân theo một khung đọc nhất định, bắt đầu từ điểm xuất phát chính xác , và không mã hóa rãnh nối đất được đọc cho đến khi tín hiệu kết thúc.

4.Các codon di truyền không chồng lên nhau và bất kỳ hai codon nào liền kề trên chuỗi polynucleotide không chia sẻ bất kỳ nucleotide nào.

5.Các codon bị thoái hóa: ngoại trừ methionine và tryptophan, mọi axit amin đều có ít nhất hai codon. Bằng cách này, ở một mức độ nhất định, trình tự axit amin sẽ không gây ra lỗi axit amin do sự thay thế ngẫu nhiên của một bazơ nhất định.

6.Đọc và dịch Codon có một hướng nhất định: từ đầu 5 ‘đến đầu 3’.

7.Có codon bắt đầu và codon dừng.

Có hai codon bắt đầu, một là methionine (AUG), còn lại là valine (GUG) và codon dừng (có 3, tương ứng là UAA), UAG, UGA) không có axit ribonucleic chuyển tương ứng (tRNA), chỉ để nhận biết yếu tố giải phóng để đạt được kết thúc dịch mã.

Trong RNA thông tin, mã cơ sở A là viết tắt của adenine, G là guanine, C là cytosine và U là uracil (Lưu ý: RNA, không giống như DNA, không có thymine T, thay vào đó nó là uracil U, dựa trên cơ sở Nguyên tắc ghép đôi bổ sung cơ sở, ghép đôi dạng U và A).

Sự khác biệt và kết nối giữa thông tin di truyền, codon và phản xạ

Thông tin di truyền đề cập đến trình tự deoxynucleoside (bazơ) trên gen trong phân tử DNA, codon đề cập đến trình tự của ba bazơ liền kề xác định axit amin trên ARN thông tin và phản mã đề cập đến trình tự của ba bazơ liền kề trên ARN chuyển dãy ba bazơ ở một đầu.

Kết nối là: thông tin di truyền của ADN (gen) được chuyển đến ARN thông tin thông qua phiên mã, ARN chuyển mang các axit amin ở một đầu, và bộ mã đối mã ở đầu kia bắt cặp với codon (cơ sở) trên ARN thông tin.

Gen là gì?

Gen (yếu tố di truyền) là toàn bộ trình tự các nucleotit cần thiết để tạo ra một chuỗi polypeptit hoặc ARN chức năng. Các gen hỗ trợ cấu trúc cơ bản và hiệu suất của cuộc sống. Nó lưu trữ tất cả các thông tin về chủng tộc, nhóm máu, thời kỳ mang thai, tăng trưởng, quá trình chết rụng và các quá trình khác của cuộc sống. Sự phụ thuộc lẫn nhau của môi trường và di truyền suy ra các quá trình sinh lý quan trọng như sinh sản của sự sống, phân chia tế bào và tổng hợp protein.

Tất cả các hiện tượng sống như sinh trưởng, lớn lên, suy tàn, bệnh tật, già nua, chết chóc của một sinh vật đều liên quan đến gen. Đó cũng là yếu tố bên trong quyết định sức khỏe của cuộc sống.

Do đó, gen có các thuộc tính kép: tính vật chất (cách chúng tồn tại) và tính thông tin (tính chất cơ bản).

Các đoạn DNA có thông tin di truyền được gọi là gen, và các chuỗi DNA khác, một số có chức năng trực tiếp trong cấu trúc riêng của chúng, và một số tham gia vào việc điều chỉnh sự biểu hiện của thông tin di truyền. Một cuộc sống đơn giản cần ít nhất 265 đến 350 gen. (Điều này liên quan đến sức mạnh của nhóm làm việc di truyền, ở người về cơ bản tương tự như nhóm Drosophila).

Chức năng lập bản đồ gen

Các kiểu sử dụng codon cũng khác nhau giữa vật liệu di truyền nhân và tế bào chất. Ví dụ, codon khởi đầu trong gen nhân chỉ là ATG, trong khi codon khởi đầu trong gen ty thể là ATN; codon kết thúc trong gen nhân, TGA, được tìm thấy trong gen ti thể được sử dụng để mã hóa tryptophan, v.v.

Do đó, vị trí nội bào của ribosome sinh vật nhân chuẩn và vị trí bộ gen của các gen chưa biết có thể được thực hiện bằng cách so sánh các kiểu sử dụng codon.

Phân loại gen

Trình tự các bazơ trong gen mã hóa ARN hoặc protein.

• Các gen cấu trúc nhân sơ: liên tục, tổng hợp ARN không cần nối tiếp;
• Gen cấu trúc của sinh vật nhân thực: gồm 2 phần: exon (trình tự mã hóa) và intron (trình tự không mã hóa)

Mã di truyền là mã gì

Genetic code còn được gọi là mã di truyền, là quy luật truyền tải thông tin di truyền và trình tự DNA hoặc mRNA được dịch mã thành trình tự axit amin của protein với một nhóm ba nucleotide “codon”, được sử dụng cho protein sự tổng hợp.

Hầu hết tất cả các sinh vật đều sử dụng cùng một mã di truyền, được gọi là “mã di truyền chuẩn”; ngay cả những vi rút không phải là cấu trúc tế bào cũng sử dụng mã di truyền chuẩn. Một số tác nhân gây bệnh truyền nhiễm sử dụng mã di truyền hơi khác, chẳng hạn như mã di truyền dựa trên protein của Prion. Tính thoái hóa mã hóa là một đặc điểm nổi bật của mã di truyền.

Codon mở đầu

Quá trình dịch mã protein bắt đầu bằng codon khởi tạo nhưng cũng cần có trình tự khởi tạo thích hợp và các yếu tố khởi đầu để cho phép mRNA liên kết với ribosome. Codon khởi đầu phổ biến nhất là AUG, mã này mã hóa đồng thời axit amin methionine ở vi khuẩn và methionine ở sinh vật nhân chuẩn, nhưng một số codon khác cũng có sự khởi đầu trong các trường hợp riêng biệt.

Codon kết thúc

Trong di truyền học cổ điển, các codon kết thúc có tên riêng: UAG cho hổ phách, UGA cho opal và UAA cho màu vàng son. Những cái tên này bắt nguồn từ tên của các gen trong đó các codon dừng này được phát hiện ban đầu. Mã số dừng gắn ribosome với yếu tố giải phóng, tách polypeptide ra khỏi ribosome và kết thúc chương trình dịch mã. Ngoài ra, trong ty thể của động vật có vú, AGA và AGG cũng đóng vai trò là các codon dừng.

Suy thoái mã hóa

Hầu hết các codon đều bị thoái hóa, nghĩa là hai hoặc nhiều codon mã hóa cùng một axit amin. Các codon thoái hóa thường chỉ khác nhau bởi bazơ thứ ba; ví dụ, cả GAA và GAG đều mã hóa axit glutamic. Nếu bất kể vị trí thứ ba của codon là loại nucleotit nào, nó mã hóa cùng một axit amin thì nó được gọi là codon thoái hóa bốn lần; nếu vị trí thứ ba có bốn nhân có thể xảy ra.

Hai trong số nucleotit mã hóa cùng một axit amin được gọi là nhân đôi thoái hóa codon. Nói chung, hai nucleotide tương đương ở vị trí thứ ba đều là purine (A / G) hoặc pyrimidine (C / T). Chỉ có hai axit amin được mã hóa bởi một codon duy nhất, một là methionine, được mã hóa bởi AUG, cũng là codon khởi đầu; axit còn lại là tryptophan, được mã hóa bởi UGG.

Mã hóa

“Mã hóa” được xác định bởi vị trí bắt đầu của phép đọc. Ví dụ, một trình tự GGGAAAACCC, nếu được đọc từ vị trí đầu tiên, bao gồm ba codon GGG, AAA và CCC. Nếu đọc từ vị trí thứ hai, hãy bao gồm GGA và AAC (bỏ qua các codon không hoàn chỉnh). GAA và ACC nếu đọc từ chữ số thứ ba.

Do đó, mỗi trình tự bao gồm nhiều khung đọc, mỗi khung có thể tạo ra một trình tự axit amin khác nhau (trong ví dụ trên, tương ứng với Gly-Lys-Pro, Gly-Asp và Glu-Thr). Và bởi vì cấu trúc xoắn kép của DNA, mỗi đoạn DNA thực sự có sáu khung đọc. Khung thực tế được xác định bởi codon khởi đầu, thường là AUG đầu tiên xuất hiện trên trình tự mRNA.

Mã di truyền không chuẩn

Mặc dù mã di truyền nhất quán trong suốt cuộc đời, nhưng các mã di truyền không chuẩn cũng tồn tại. Có một số điểm khác biệt so với mã di truyền tiêu chuẩn trong ti thể, được gọi là “nhà máy sản xuất năng lượng tế bào”, và thậm chí cả ti thể của các sinh vật khác nhau cũng có mã di truyền khác nhau.