Student World

Degenerace genetického kódu neznamená nic na způsob úpadku, jde o vyjádření způsobu, jakým je pořadí bází v DNA přepisováno do struktury aminokyselin. Ze zápisu v DNA jednoznačně vyplývá pořadí aminokyselin. Problém však je v tom, že nazpět to tak docela neplatí. Pokud známe strukturu bílkoviny, nelze z ní jednoznačně odvodit sekvence nukleotidů, které ji kódovaly. Degenerace tedy znamená, že informace se v průběhu přepisu ztrácí.

Pokud jednu aminokyselinu kóduje jeden triplet, pak je k dispozici celkem 4 * 4 * 4 možností, tedy 64 aminokyselin. Tolik aminokyselin však ani v organismech není, i když připočítáme i selenocystein a stop-sekvence (které aminokyseliny odpovídají jakým sekvencím nukleotidů ukazuje např. tabulka na
http://www.mendelu.cz/af/genetika/genzv/geneticky_kod.htm).

Otázkou však je, proč došlo k takovéto formě přepisu, oné degeneraci kódu?
Jednoznačnou odpověď samozřejmě neznáme, může to být prostě náhoda. V pozemské evoluci se uplatnil replikátor s těmito vlastnostmi, jinde (ve smyslu na jiné planetě) to může být jinak. Pokud ale přijmeme hypotézu RNA světa, otazníků přibude. Především, aminokyseliny zřejmě původně fungovaly jako značky, které umožňovaly rychlejší identifikaci tripletů RNA. Přes aminokyseliny byly přitahovány triplety, které pak sloužily jako stavební materiál pro kopírování ribonukleové kyseliny.
A zde je právě jádro problému – aminokyselina totiž jednoznačně neidentifikuje trojici bází RNA. Stejně tedy bylo potřeba testovat, zda na místo dorazil ten pravý triplet (např. tak, že zkusíme, zda dojde ke spárování bází).
V další fázi, po přechodu na dualitu genotyp-fenotyp, pak degenerace kódu rovněž působí zvláštním způsobem. Pokud totiž dojde k bodové mutaci, nemusí se tato fenotypově nijak projevit a je tudíž skutečně "neutrální". Platí, že jedna aminokyselina je kódována "podobnými" triplety – například valin je de facto kódován dubletem GU, třetí báze může být libovolná. Takhle jednoduše to ovšem neplatí u všech aminokyselin – mj. i proto,že dubletů je 4 * 4, což dohromady nedá 20 aminokyselin a stop kodón. Tak třeba fenylalanin může být kódován 2 triplety, leucin naopak 6. Výjimečný je tryptofan, kterému odpovídá pouze kodón UGG (a v jehož případě tedy kód není degenerovaný, nebo přiřazení funguje jednoznačně i opačným směrem). Nicméně rámcově to platí – pokud vyměníme třetí nukleotid, s relativně velkou pravděpodobností bude triplet kódovat stejnou aminokyselinu.
Fenotypově neutrální mutace jsou důležité tím, že umožňují jaksi "akomodovat" změny, aniž by každá jednotlivá z nich byla ihned vystavena selekčnímu tlaku (doslova to samozřejmě neplatí, protože různé báze mají různé vlastnosti i bez ohledu na to, že kódují stejný protein; musejí být různým způsobem syntetizovány a také stabilita dvojšroubovice DNA závisí na tom, jaké báze ve vláknech převládají – jedna dvojice se váže dvěma vodíkovými vazbami, druhá třemi vodíkovými vazbami, tudíž některé řetězce DNA jsou ve dvojvláknu obecně stabilnější).
Bodové mutace samozřejmě nejsou mutacemi jedinými. Když pak dochází ke vkládání či vypadávání jednotlivých nukleotidů či přeskupování velkých vláken DNA, do té doby neutrální mutace se náhle začnou projevovat jako odlišné. Fakt, že kód je degenerovaný, tedy přispívá k množství potenciálně generovatelných fenotypů (podle Dawkinse funguje "schopnost se vyvíjet" ještě navíc jako jakési metaselekční pravidlo).

Nicméně to jsme vysvětlili ("vysvětlili"? :-)) pouze DNA svět. Otázka, jak to fungovalo ve světě RNA, zůstává nezodpovězena.
Úplně jsme ovšem pominuli hypotézu, která celý problém staví do ještě jiného světa. Genetický kód totiž nemusel být degenerovaný vždycky. Původně (bez ohledu na to, zda v DNA nebo RNA světě) mohla každé kombinaci tripletu odpovídat jedna aminokyselina, nebo alespoň používaných aminokyselin mohlo být podstatně více než dnes.
Omezení počtu aminokyselin by pak bylo výsledkem dalšího vývoje. Proč k němu došlo, když se přitom zmenšila množina použitelných proteinů a tedy do jisté míry i složitost forem a biochemických interakcí, je už úplně jinou otázkou.
Nicméně obě tyto představy spolu dosti souvisí. Zdá se, že hypotéza RNA světa a hypotéza o změně kódování by byly pravděpodobnější, pokud by platily současně…

autor Pavel Houser