Vraag:
Waarom 20 aminozuren in plaats van 64?
Daniel Standage
2012-01-15 02:40:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Deze vraag zette me aan het denken over aminozuren en de ambiguïteit in de genetische code. Met 4 nucleotiden in RNA en 3 per codon, zijn er 64 codons. Deze 64 codons coderen echter alleen voor 20 aminozuren (of 22 als je selenocysteïne en pyrrolysine opneemt), dus veel van de aminozuren worden gecodeerd door meerdere codons.

Is er een hypothese waarom er slechts 22 aminozuren zijn en niet 64? Is het mogelijk dat er op een eerder tijdstip 64 (of in ieder geval meer dan 22) waren?

Het lijkt waarschijnlijker dat er ooit minder dan 16 aminozuren en codons waren 2 nucleotiden. In de vroegste vorm kunnen codons 1-op-1 zijn geweest met nucleotiden, waarbij drie of vier aminozuren zijn gebruikt. De redundantie in de huidige code is mogelijk gewoon op zijn plaats gebleven na de uitbreiding van 2-nucleotide codons naar 3-nucleotide codons.
@mgkrebbs Heeft u een referentie voor dat idee? Het lijkt mij buitengewoon onwaarschijnlijk. Van tRNA tot het ribosoom, elk onderdeel van de eiwittranslatie lijkt te zijn aangepast aan drievoudige nucleotide-codons.
@MadScientist, Nee, dit was pure speculatie van mijn kant. De huidige mechanismen zijn inderdaad sterk georiënteerd op drievoudige nucleotidecodons. Kleinere codons zouden pas in de RNA-wereld zijn voorgekomen, voordat DNA werd gebruikt. Het patroon van redundantie in de code is compatibel met het 2-nucleotide-idee, maar kan ook op andere manieren worden verklaard, zoals selectiedruk voor synonieme vertalingen van mutaties met één base.
Een snelle zoektocht naar literatuur laat niet veel zien, maar [dit overzichtsartikel] (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2640990/) laat zien dat het idee van twee-nucleotide codons niet onbekend: "Gewoonlijk wordt aangenomen dat de primitieve genetische code eenvoudiger was (bijvoorbeeld met een codon van twee nucleotiden en minder aminozuren) en in de loop van de evolutie werd uitgebreid."
Welnu, een paar microben kunnen behalve de twintig gebruikelijke aminozuren selenocysteïne en pyrrolysine doen, en ze gebruiken respectievelijk wat meestal de "opaal" en "amber" stopcodons zijn voor deze ...
Ik denk dat de eerste vraag die je moet stellen is: "Waarom 20? Waarom niet 2?". Vanuit mijn oogpunt evolueert de natuur van een heel eenvoudige oplossing naar meer bijzondere oplossingen. Dus 20 is slechts een momentopname van de evolutie en we staan ​​op het punt nog meer te zien (als we maar lang genoeg leven).
@J.M. selenocysteïne is op geen enkele manier beperkt tot microben. In feite coderen _alle_ dieren [behalve enkele insecten] (http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0002968) voor selenocysteïne.
Bedenk ook dat er tal van niet-proteïnogene aminozuren zijn, zoals hydroxyproline, die toch in eiwitten worden aangetroffen, ondanks dat ze niet in de genetische code zijn gecodeerd.
@MadScientist: Bepaalde functies vereisen elk van deze 20 aminozuren. In geïsoleerde gevallen kan een geselecteerde subset van aminozuren echter heel goed leiden tot een actief eiwit.
Drie antwoorden:
#1
+55
John Smith
2012-01-15 09:06:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Brian Hayes schreef een zeer interessant artikel vanuit wiskundig oogpunt:

http://www.americanscientist.org/issues/pub/the-invention-of-the-genetic -code

vooral het gedeelte "Reality indringt". In wezen hadden mensen fraaie wiskundige redenen bedacht waarom het precies 20 moet zijn. De natuur, die natuur is, volgt de redenering niet, maar heeft haar eigen ideeën. Met andere woorden, er was niets speciaals aan 20. In feite lijkt er een langzame enting plaats te vinden van een 21ste aminozuur, selenocysteïne, met behulp van het codon UGA. Ook pyrrolysine wordt als de 22e beschouwd. De laatste sectie suggereert dat de code oorspronkelijk doublet was, dus gecodeerd voor <16 aminozuren. Dit kan gedeeltelijk verklaren waarom de derde base in elk codon niet zo onderscheidend is.

Dus misschien zal in het jaar 2002012 iemand op biology.stackexchange vragen waarom er maar 40 aminozuren zijn.

Er is geen bewijs dat selenocysteïne is "geënt". Integendeel zelfs, er is zelfs [gesuggereerd] (http://dx.doi.org/10.1038/331723a0) dat "UGA oorspronkelijk een codon was voor Sec in theanaërobe wereld, misschien twee tot drie miljard jaar geleden, en na introductie van zuurstof in de biosfeer kon dit sterk oxideerbare aminozuur alleen worden gehandhaafd in anaërobe organismen of in aërobe systemen die speciale beschermende mechanismen ontwikkelden ". Als er iets is, is het cysteïne [dat het heeft overgenomen] (http://dx.doi.org/10.1038/nature03306).
@John Smith De link is verbroken. Ik heb een andere link gevonden: http://bit-player.org/wp-content/extras/bph-publications/AmSci-1998-01-Hayes-genetic-code.pdf.
#2
+25
KAM
2012-01-15 08:27:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De eerste positie van het anticodon, de "Wobble" -positie, vormt minder goed waterstofbruggen dan de tweede twee. Dit betekent dat de laatste positie van het codon minder coderingspotentieel heeft dan de eerste twee. De reden is dat het anticodon zich onderaan de anticodonlus van het tRNA bevindt, en dus buigt de ruggengraat van het tRNA terug om met zichzelf te paren. De nucleotiden houden hun basen niet vlak en regelmatig ten opzichte van elkaar.

Hier is een afbeelding van de anticodon-lus. In dit geval is 5'-CAU-3 'het anticodon voor 5'-AUG-3', dus het zou de C zijn, precies op het scherpste deel van de bocht in de anticodon-lus, die het slechtst zou paren.

Hier is een interactief model waar je het tRNA / mRNA kunt ronddraaien en kunt zien dat niet alle waterstofbruggen even lang zijn, noch zijn alle basen coplanair.

Ik ben er niet van overtuigd dat dit een oorzaak is, maar wel een gevolg van de overtolligheid. Het kan zijn dat cellen vroeger een lager aantal aa hadden (<16), dat dan gecodeerd kon worden met slechts 2 nucleotiden. Toen er nieuwe aa in het spel kwamen, ontwikkelde zich een triplet-systeem, maar dit introduceerde (onschadelijke) redundantie in de code, die geen selectieve druk uitoefende om een ​​sterke band op de 3e positie te hebben.
De eerste schakel is dood.
#3
+16
shigeta
2012-01-16 23:32:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er zijn nog twee andere ideeën om hier in te gooien.

1) alleen om toe te voegen aan het doordachte antwoord van KAM. Er was ook een gedachte dat de laatste basis ook veel flexibiliteit biedt voor GC-inhoud die op sommige reageert.

2) laten we niet vergeten dat redundantie in de genetische code enige weerstand biedt tegen mutaties die mogelijk storend zijn . de aminozuren die minder storend zijn voor een typische eiwitplooiing, komen vaker voor in de code. (we hebben hier enig idee van door mutaties van eiwitstructuren te bestuderen.)

3) sommige biochemici hebben gesuggereerd dat het gevoel bestaat dat de 20 aminozuren die we hebben een redelijk stabiele set zijn - dat het toevoegen van andere aminozuren zuren helpen niet om betere eiwitten te maken. Peter Schultz leerde hier iets van, omdat zijn groep echt extra, door mensen gesynthetiseerde aminozuren aan inheemse eiwitten wilde toevoegen. Ik was bij een lezing waar hij opmerkte dat pogingen om cysteïne te maken met een langere zijketen ervoor zorgden dat het aminozuur cycliseerde tot een thioolacton.

Als je op deze manier denkt, wordt het inpakken niet beter door een andere CH 2 -groep aan proline toe te voegen. Er is waarschijnlijk enige waarde, maar net niet genoeg om alle gevoelige machinerie voor het maken en realiseren van de genetische code te verstoren.

Misschien bedoel je "thiolacton", niet "sulfolacton" (wat een ander soort chemische groep is die je niet echt kunt vormen met cysteïne-homologen). Er is een mercaptogroep in cysteïne en (mogelijke) homologen waarmee de carboxylgroep zou kunnen reageren als het aminozuur niet in zwitterionische vorm is. Met cysteïne, kinetische en thermodynamische factoren sterk de cyclisatie naar een vierledige ring ongunstig. De vierkoolstof- en vijfkoolstofanaloga kunnen respectievelijk cycliseren tot vijf- en zesledige ringen, en die zijn kinetisch gemakkelijk te maken.
bedankt, opgelost - het is al een tijdje geleden dat ik organische chemie heb gedaan.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...