Genetik kod bilginin depolanmasından ve iletilmesinden sorumlu maddeler ve nükleik asitlerdir (DNA ve RNA).
Hücrelerin ve bir bütün olarak vücudun tüm işlevleri, aşağıdakileri sağlayan bir dizi protein tarafından belirlenmektedir.
- Hücresel yapıların oluşumu,
- Diğer tüm maddelerin sentezi (karbonhidratlar, yağlar, nükleik asitler),
- Hayati süreçlerin seyri.
Gen, vücudun tüm proteinlerindeki amino asit dizisi hakkında bilgi içermektedir. Genetik kod ise, bu bilgidir.
Genlerin düzenlenmesi nedeniyle, protein sentez zamanı, miktarı, hücredeki veya bir bütün olarak vücuttaki yeri düzenlenmektedir. Birçok bakımdan, belirli sinyallere yanıt olarak gen ekspresyonunu artıran ve azaltan düzenleyici DNA bölgeleri bundan sorumludur.
Bir protein hakkındaki bilgiler, bir nükleik asitte yalnızca bir şekilde, yani bir nükleotid dizisi şeklinde görülmektedir. DNA, 4 tip nükleotitten (A, T, G, C) ve proteinlerden 20 tip amino asitten oluşmaktadır. Böylece, DNA’daki dört harfli bilgi kaydının yirmi harfli bir protein kaydına çevrilmesi sorunu ortaya çıkmaktadır. Böyle bir çevirinin gerçekleştirildiği ilişkiye ise, genetik kod denmektedir.
Genetik kod sorununu teorik olarak ele alan ilk kişi, seçkin fizikçi Georgy Gamov‘dur. Ayrıca şağıda tartışılacak olan belirli bir dizi özelliğe sahiptir.
Genetik kod ve özellikleri
Doğrusallık
İlk olarak, proteinlerdeki amino asit dizisinin bir nükleotid dizisinde nasıl yazıldığına bakacağız. Nükleotidlerin ve amino asitlerin dizileri doğrusal olduğundan, aralarında doğrusal bir yazışma olduğunu, yani DNA’daki bitişik nükleotidlerin bir polipeptiddeki bitişik amino asitlere karşılık geldiğini varsaymak mantıklıdır. Bu aynı zamanda genetik haritaların doğrusal doğası ile de gösterilmektedir. Böyle bir uyumun ya da eş doğrusalımın kanıtı, mutasyonların dizilimi ile mutasyona uğramış organizmaların proteinlerindeki amino asit yer değiştirmelerinin çakışmasıdır.
Üçüzlük
Genetik Kod ve özellikleri göz önüne alındığında, kod numarasıyla ilgili sorunun ortaya çıkma olasılığı en düşüktür. 20 amino asidi dört nükleotitle kodlamak gerekmektedir. Açıkçası, 1 nükleotid 1 amino asidi kodlayamaz, çünkü o zaman sadece 4 amino asidi kodlamak mümkün olurdu. 20 amino asidi kodlamak için birkaç nükleotidin kombinasyonu gereklidir. İki nükleotidin kombinasyonlarını alırsak, 16 farklı kombinasyon elde edilmektedir. Bu yeterli değildir. Üç nükleotidin 64 kombinasyonu, yani gereğinden fazla olacaktır. Daha fazla sayıda nükleotidin kombinasyonlarının da kullanılabileceği açıktır. Ancak basitlik ve ekonomiklik nedeniyle, olası değildir, yani kod üçlüdür.
Genetik kod dejenerasyonu ve benzersizlik
64 kombinasyon durumunda, tüm kombinasyonların amino asitleri mi kodladığı yoksa her amino asidin sadece bir nükleotit üçlüsüne mi karşılık geldiği sorusu ortaya çıkmaktadır. İkinci durumda, üçlülerin çoğu anlamsız olacak ve vakaların üçte ikisinde mutasyonlar sonucu nükleotitlerin yer değiştirmesi protein kaybına yol açacaktır. Bu, mutasyonlar sırasında gözlemlenen protein kaybı oranlarıyla tutarsız olacaktır. Ayrıca bu durum üçüzlerin tamamının kullanıldığını göstermektedir. Daha sonra amino asitleri kodlamayan üç üçlü olduğu bulunmuştur. Polipeptit zincirinin sonunu işaretlemeye hizmet ederler. Bunlara durdurma kodonları denmektedir. 61 üçlü farklı amino asitleri kodlar, yani bir amino asit birkaç üçlü tarafından kodlanabilmektedir. Genetik kod tarafından oluşan bu özelliğe dejenerasyon denmektedir. Dejenerasyon sadece amino asitlerden nükleotitlere doğru meydana gelmesi ile oluşur. Zıt yönde ise, kod belirsizdir. Her üçlü belirli bir amino asidi kodlar.
noktalama işaretleri
Teorik olarak çözülmesi imkansız olan önemli bir soru, komşu amino asitleri kodlayan üçlülerin birbirinden nasıl ayrıldığı yani genetik metinde herhangi bir noktalama işareti olup olmadığıdır.
Örtüşmeyen
Bu hipotez mekansal zorluklara bir çözüm görünümü yaratmıştır. Ancak farklı bir sorun oluşmasına da neden olmuştur. Genetik kod ile, bu amino asidi başka bir amino asit takip edememektedir. Çünkü onu kodlayan üçlüde ilk iki nükleotit zaten belirlenmiş ve olası üçlü sayısı dörde indirilmiştir. Proteinlerdeki amino asit dizilerinin analizi, olası tüm bitişik amino asit çiftlerinin bulunduğunu, yani kodun örtüşmemesi gerektiğini göstermiştir.
Çok yönlülük
Genetik kodun teorik düşüncelerden ileri sürülen bir başka özelliği de evrenselliğidir. Tüm canlı türlerinin tek bir ortak atadan evrimleştiği, dolayısıyla aynı genetik koda sahip oldukları varsayılmıştır. Bu pozisyon daha fazla araştırma ile doğrulanmamıştır. Bu büyük pratik öneme sahiptir, çünkü genetik kodun evrenselliği sayesinde, bir organizmanın genlerini başka bir organizmada çalıştırabilmektedir. Ayrıca işlevsel olarak aktif proteinler üretebilmekteyiz. Bu, genetik mühendisliği yöntemlerini kullanarak, örneğin insülin veya büyüme hormonu gibi tıbbi amaçlar için gerekli olan bakteri insan proteinlerinin elde edilmesini sağlanmaktadır. Ancak, genetik kodun evrenselliği mutlak değildir. Genetik kodun evrensel olandan biraz farklı olduğu bilinen birkaç genetik sistem vardır. Ek olarak, bazı siliatlarda ve parazit bakterilerde evrensel genetik kod üzerinde sapmalar bulunmuştur. Bununla birlikte, tüm bu durumlarda, sapmalar önemsizdir. Açıkçası, evrensel kod temelinde ikinci kez ortaya çıkmıştır.
Genetik Kod ve çözümü
Genetik kod ve ana özellikleri incelendiğinde, kod çözme çalışmaları başlamıştır. Ayrıca tüm üçlülerin değerleri belirlenmiştir. Belirli bir amino asidi kodlayan üçlüye kodon denmektedir. Kural olarak, mRNA’daki kodonlar, bazen DNA’nın duyu zincirinde belirtilmektedir. Aynı kodonlar, ancak T yerine Y ikamesi ile gösterilmektedir. Metiyonin gibi bazı amino asitler için sadece bir kodon vardır. Diğerlerinin iki kodonu vardır (fenilalanin, tirozin). Üç, dört ve hatta altı kodon tarafından kodlanan amino asitler de bulunmaktadır. Bir amino asidin kodonları birbirine benzer ve kural olarak son bir nükleotid ile farklılık gösterir. Bu, mutasyonlar sırasında kodondaki son nükleotidin değiştirilmesi, proteindeki amino asidin değiştirilmesine yol açmadığından, genetik kodu daha kararlı hale getirmektedir. Genetik kodu bilmek, bir gendeki nükleotit dizisini bilmek, modern araştırmalarda yaygın olarak kullanılan bir proteindeki amino asit dizisini anlamamızı sağlamaktadır.
