Почему 20 аминокислот вместо 64?

Дэниел Стэндидж

Почему 20 аминокислот вместо 64?

Этот вопрос заставил меня задуматься об аминокислотах и ​​неоднозначности генетического кода. При 4 нуклеотидах в РНК и по 3 на кодон получается 64 кодона. Однако эти 64 кодона кодируют только 20 аминокислот (или 22, если включить селеноцистеин и пирролизин ), поэтому многие аминокислоты кодируются несколькими кодонами.

Есть ли какая-нибудь гипотеза, почему аминокислот всего 22, а не 64? Возможно ли, что раньше их было 64 (или, по крайней мере, больше 22)?

мгкреббс

Кажется более вероятным, что когда-то было менее 16 аминокислот, а кодоны состояли из 2 нуклеотидов. В самой ранней форме кодоны могли быть 1-к-1 с нуклеотидами, с использованием трех или четырех аминокислот. Избыточность в настоящем коде могла просто остаться на месте после расширения кодонов из 2 нуклеотидов в кодоны из 3 нуклеотидов.

Сумасшедший ученый

@mgkrebbs У вас есть ссылка на эту идею? Мне это кажется крайне маловероятным. От тРНК до рибосомы каждая часть трансляции белка, по-видимому, адаптирована к тройным нуклеотидным кодонам.

мгкреббс

@MadScientist, нет, это была чистая спекуляция с моей стороны. Действительно, существующие механизмы сильно ориентированы на тройные нуклеотидные кодоны. Меньшие кодоны могли появиться только в мире РНК, до того, как была использована ДНК. Паттерн избыточности в коде совместим с идеей 2-нуклеотидов, но также может быть объяснен другими способами, такими как селективное давление для синонимических переводов мутаций с одним основанием.

мгкреббс

Беглый просмотр литературы не дает многого, но этот обзор показывает, что идея двухнуклеотидных кодонов известна: «Обычно предполагается, что примитивный генетический код был проще (например, с двухнуклеотидным кодоном и меньше аминокислот) и расширились в ходе эволюции».

пользователь132

Ну, некоторые микробы могут вырабатывать селеноцистеин и пирролизин помимо двадцати обычных аминокислот, и они, соответственно, используют для них стоп-кодоны "опал" и "янтарь"...

пользователь120

Я думаю, что первый вопрос, который вы должны задать: «Почему 20? Почему не 2?». С моей точки зрения, природа развивается от очень простого решения к более специальным решениям. Так что 20 — это всего лишь моментальный снимок эволюции, и мы скоро увидим еще больше (если проживем достаточно долго).

тердон

@JM селеноцистеин никоим образом не ограничивается микробами. На самом деле все животные , кроме нескольких насекомых, кодируют селеноцистеин.

Чинмай Канчи

Помните также, что существует множество непротеиногенных аминокислот, таких как гидроксипролин, которые, тем не менее, присутствуют в белках, несмотря на то, что они не закодированы в генетическом коде.

Стефан Грюнвальд

@MadScientist: Для некоторых функций требуется каждая из этих 20 аминокислот. Однако в отдельных случаях выбранное подмножество аминокислот вполне может привести к активному белку.

Джон Смит

Брайан Хейс написал очень интересную с математической точки зрения статью:

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

особенно раздел «Реальность вторгается». В основном люди придумали причудливые математические доводы, почему должно быть ровно 20. Природа, будучи природой, не следует рассуждениям, но имеет свои собственные идеи. Другими словами, в 20 не было ничего особенного. На самом деле, похоже, происходит медленная прививка 21-й аминокислоты, селеноцистеина, с использованием кодона UGA. Также пирролизин считается 22-м. Последний раздел предполагает, что код изначально был дублетным, поэтому закодирован для <16 аминокислот. Это может частично объяснить, почему третье основание в каждом кодоне не является таким дискриминирующим.

Так что, возможно, в 2002012 году кто-то спросит на сайте biology.stackexchange, почему аминокислот всего 40.

тердон

Нет никаких доказательств того, что селеноцистеин был «привит». На самом деле, было даже предположение , что «UGA изначально был кодоном для Sec в анаэробном мире, возможно, два-три миллиарда лет назад, а после введения кислорода в В биосфере эта легко окисляемая аминокислота могла сохраняться только в анаэробных организмах или в аэробных системах, выработавших специальные защитные механизмы». Во всяком случае, это цистеин , который берет верх .

пользователь38945

@John Smith Ссылка не работает. Я нашел еще одну ссылку: bit-player.org/wp-content/extras/bph-publications/… .

КАМ

Первая позиция антикодона , позиция «Wobble», образует водородные связи хуже, чем две вторые. Это означает, что последняя позиция кодона имеет меньший кодирующий потенциал, чем первые две. Причина в том, что антикодон находится в нижней части антикодоновой петли тРНК, поэтому остов тРНК изгибается назад, чтобы спариться с самой собой. Нуклеотиды не держат свои основания плоскими и регулярными по отношению друг к другу.

Вот изображение антикодоновой петли . В этом случае 5'-CAU-3' является антикодоном для 5'-AUG-3', так что это будет C, расположенный прямо в самой острой части изгиба в петле антикодона, который будет иметь самую плохую пару.

Вот интерактивная модель , в которой вы можете вращать тРНК/мРНК и видеть, что не все водородные связи имеют одинаковую длину и не все основания компланарны.

Нико

Я не уверен, что это причина, а скорее следствие избыточности. Возможно, раньше клетки имели меньшее количество аа (<16), которые затем могли кодироваться всего двумя нуклеотидами. Когда в игру вступили новые аа, развилась тройная система, но это привело к (невредной) избыточности в коде, что не оказывало никакого селективного давления на сильную связь в 3-й позиции.

Гэвин С. Янси

Первая ссылка мертва.

шигета

Есть еще две идеи, которые можно добавить сюда.

1) просто чтобы добавить к вдумчивому ответу КАМ. Также была мысль, что последняя база также дает большую гибкость для контента GC, который реагирует на некоторые

2) давайте не будем забывать, что избыточность в генетическом коде помогает дать некоторую устойчивость к мутациям, которые могут быть разрушительными. аминокислоты, менее разрушающие типичную белковую укладку, более распространены в коде. (мы получили некоторое представление об этом, изучая мутации белковых структур.)

3) некоторые биохимики предположили, что 20 аминокислот, которые у нас есть, представляют собой довольно стабильный набор — что добавление других аминокислот не помогает создавать лучшие белки. Питер Шульц узнал об этом, поскольку его группа действительно хотела добавить в нативные белки дополнительные аминокислоты, синтезированные человеком. Я был на беседе, где он отметил, что попытки получить цистеин с более длинной боковой цепью привели к циклизации аминокислоты с образованием тиоолактона.

Думая в этом направлении, добавление еще одной группы CH 2 к пролину может не улучшить упаковку. Вероятно, в этом есть какая-то ценность, но ее недостаточно, чтобы разрушить весь чувствительный механизм создания и реализации генетического кода.

пользователь132

Возможно, вы имеете в виду «тиолактон», а не «сульфолактон» (это другая химическая группа, которую нельзя образовать с гомологами цистеина). В цистеине есть меркаптогруппа и (возможные) гомологи, с которыми может реагировать карбоксильная группа, если аминокислота не находится в цвиттерионной форме. В случае цистеина кинетические и термодинамические факторы сильно препятствуют циклизации в четырехчленное кольцо. Четырехуглеродные и пятиуглеродные аналоги могут соответственно циклизоваться в пяти- и шестичленные кольца, и их кинетически легко получить.

шигета

спасибо, исправлено - давно я не занимался органической химией.