Livets kod smartare än man anat

2004-05-11 07:20  

Forskare har funnit att den genetiska kodens uppbyggnad uppmuntrar till uppkomsten av nya organismer. Men var startade det hela? Hur uppkom koden?

När James Watson och Francis Crick 1953 fann DNA-molekylens struktur var det en sensation. Livets hemlighet var funnen. Man visste att i DNAts stegpinnar låg nyckeln till livet inkodad, men hur?

Livet använder ett mycket enkelt alfabet med bara fyra bokstäver: A, C, G, och T, vilka står för nukleinsyrorna adenin, cytosin, guanin och tymin.

För denna upptäckt belönades Watson och Crick med nobelpriset i medicin år 1962.

Men hur kunde dessa fyra bokstäver koda för de tjugo olika aminosyror som bygger upp de livsnödvändiga proteinerna i allalevande organismer? Efter att forskarna experimenterat med en rad fantasifulla kodningsmetoder fann man till sin besvikelse att livet använder simpla tripletter. Trebokstavskombinationer, kodoner, kodar för olika specifika aminosyror (se tabellen till höger på denna sida).

Man fann med tiden också att proteinerna inte skapas direkt av DNA-molekylen som man först trott, utan att sekvenser av DNA först kopieras till strängar av m-RNA, enkelsträngade kusiner till den dubbelsträngade DNA-molekylen. (Hos RNA är nukleotiden tymin ersatt av uracil.)

I cellernas proteinfabriker, ribosomerna, monteras sedan långa kedjor av aminosyror samman till proteiner enligt instruktionerna i RNA-strängen. Detta sker med hjälp av t-RNA, adaptormolekyler med gripklor som på ena sidan passar till en viss kodon, på andra sidan till en viss aminosyra.

Ganska snart började forskarna fundera på hur det kunde komma sig att transkriptionen från DNA till RNA till protein fungerar så pass bra som den gör. Varför blir det inte fel oftare?

Redan 1965 hade Carl Woese (biologen som sedermera upptäckte arkéerna, den tredje grenen på livets träd, se NyT 2003:40) funnit att kodoner med samma första två bokstäver ofta kodar för samma, eller likartade, aminosyror (se åter tabellen). Många aminosyror kan bildas av endera av fyra, eller till och med sex, olika kodoner.

För detta, och mycket annat, fick Carl Woese för övrigt Crafoordpriset år 2003.

Ungefär samtidigt upptäckte Francis Crick att det oftast är den tredje bokstaven i kodonen som misstolkas. Detta har att göra med avläsningen av RNA-strängen i ribosomerna; i den tredje bokstaven är affiniteten mellan m-RNA och t-RNA som svagast. Crick kallade detta fenomen för "wobbling".



Aminosyrornas egenskaper skiljer sig åt på flera sätt, men den viktigaste är om syran är hydrofob (vattenavstötande) eller hydrofil. När en proteinmolekyl byggs upp som en kedja av aminosyror veckar den sig. Eftersom processen sker i en vattenlösning i cellen kommer de hydrofoba delarna i kedjan att placera sig i det inre av molekylen, långt från vattnet, och de hydrofila bilda skalet utåt. Skulle en hydrofob aminosyra av misstag placeras in där det skulle suttit en hydrofil kommer proteinet att veckas fel. Skulle däremot den felaktiga aminosyran vara likartad gör det inte så mycket, det går vanligtvis hyfsat bra i alla fall. Och de flesta fel som uppstår är just sådana.

- Detta gör att den genetiska koden är mycket smartare än vi tidigare trott, säger Stephen Freeland vid universitetet i Maryland. Tack vare kodens uppbyggnad är det mycket sällan som misstolkningar är fatala. Men inte nog med det. Faktum är att felen ökar chansen för gynnsamma mutationer.

- I själva verket, hävdar Freeland och hans team, så fungerar den genetiska kodens uppbyggnad pådrivande på evolutionen.

Länge ansågs att den genetiska koden var standardiserad för alla organismer, att en viss triplett alltid kodade för samma aminosyra. Under senare år har det visat sig att det inte alls är så.

En rad organismer har visat sig använda modifikationer av standardkoden. Exempelvis finns en rad svampar av släktet candida som kodar kodonen CUG, som vanligtvis betyder leucin, till serin. Gröna alger av släktet acetabularia översätter stopp-kodonerna UAA och UAG till glycin. 16 olika deviationer av standardkoden har hittills hittats, men troligtvis kommer man att finna många fler.

Man har också hittat två aminosyror utöver de tjugo vanliga. Allt tyder på att den genetiska koden inte är fast, utan kan utvecklas. Och det innebär att den inte alltid fungerat som i dag.

Detta har väckt nya tankar om livets ursprung. Fanns det en tid för miljarder år sedan då primitiva organismer klarade sig helt utan proteiner? Fanns en gång ett rudimentärt liv utan någon genetisk kod?

Kaianders Sempler 08-796 65 67
kaianders.sempler@nyteknik.se

 

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt