От ген до белтък

Градивни частици

Нуклеотидът е азотна база, захар (дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК) и фосфатна група. Базите са аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C); в РНК вместо тимин има урацил (U). Аминокиселината има аминогрупа, карбоксилна група и остатък, който я прави различна от другите.

ДНК, РНК и белтъкът са вериги от много такива частици, подредени в определен ред – затова се наричат апериодични хетерополимери. Редът на частиците е първичната структура.

Двойната верига

Аденинът се свързва с тимин (две водородни връзки), гуанинът – с цитозин (три). Затова втората верига се сглобява по първата и двете са комплементарни. Веригата, по която се строи РНК, е матричната верига; другата е кодиращата.

Двойната верига със 39 двойки в симулацията има 20 двойки A–T и 19 двойки G–C, тоест 2 · 20 + 3 · 19 = 97 водородни връзки. Колкото повече двойки G–C, толкова по-здрава е веригата.

Удвояване

При удвояването двете вериги се разделят и всяка е матрица за нова. Затова всяка нова молекула пази една стара и една нова верига – удвояването е полуконсервативно. Старите вериги са винаги две, а след n удвоявания молекулите са 2ⁿ: само две от тях са смесени, останалите са изцяло нови.

Преписване и зреене

РНК се строи по матричната верига. Резултатът прилича на кодиращата верига, само че с урацил вместо тимин. Преписаната РНК може да има интрон; той започва с GT, завършва с AG и се изрязва. Остава зрялата РНК, която отива при рибозомата.

Превод

Рибозомата е нуклеопротеинов комплекс – рибозомна РНК и белтъци. Тя започва от първия AUG, чете РНК на тройки (кодони) и за всяка тройка добавя една аминокиселина по таблицата на генетичния код. Спира на стоп кодон (UAA, UAG или UGA): той не носи аминокиселина.

От 4 · 4 · 4 = 64 кодона 61 означават аминокиселина, а 3 са стоп. С двойки нуклеотиди биха излезли само 4 · 4 = 16 кода, а трябват поне 21. Затова повечето аминокиселини имат няколко кодона (изроденост на кода) и по белтъка не може да се познае точно генът.

Мутации

Мутацията е промяна в първичната структура на ДНК. Замяната на един нуклеотид може да остави белтъка същия (ако новият кодон означава същата аминокиселина), да смени една аминокиселина или да създаде стоп кодон, който съкращава белтъка.

Изпадането или вмъкването на нуклеотиди, чийто брой не се дели на три, отмества рамката за четене: от мястото нататък всички тройки са други. Изпадането на три нуклеотида е по-леко – губи се само една аминокиселина.

Не всяка мутация променя белтъка: около една четвърт от заместванията са тихи, а промяна преди началото на гена или в интрона също оставя белтъка същия. Една замяна може да промени свойствата на белтък, например на хемоглобина; симулацията не казва дали белтъкът ще работи.

Какво опростихме

• Един кратък измислен ген вместо истински гени със стотици нуклеотиди.
• Преводът започва от първия AUG; промотори и сигнали около него не се моделират.
• Рибозомата чете кодоните направо по таблицата, без транспортни РНК.
• Зреенето е само изрязване на един интрон.
• Таблицата на кода е стандартната; изключенията са в „Знаеш ли“.