Licenci Mendelovu muzeu a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity poskytlo Cold Spring Harbor Laboratory
Slova DNA mají délku tří písmen
Genetický kód je jazykem, který používá abecedu čtyř písmen A, T, C a G, která vytvoří dostatek slov tak, aby popsala každou z 20-ti známých aminokyselin. Ukázalo se, že z dvoupísmenné kombinace lze vytvořit pouze 16 slov. Avšak třípísmenným kódováním už lze vytvořit 64 slov. Podle hesla, že ta nejjednodušší řešení bývají správná, se vědci shodli na třípísmenném kódu nazývaném jako kodon.
Výzkumné týmy na University of British Columbia a Národního zdravotního institutu (The National Institutes of Health) pracně syntetizovaly různé molekuly RNA. Každá měla formu dlouhého řetězce složeného z jednotlivých opakujících se kodonů. Poté byl každý typ syntetické RNA přidán do bezbuněčného translačního systému, jenž obsahoval ribozomy, transferové RNA a aminokyseliny. Podle očekávání produkoval každý typ RNA jeden polypeptidový řetězec složený z opakujících se jednotek jednotlivých aminokyselin. Některé kodony nesou signály pro ukončení tvorby proteinů (tzv. STOP kodony) a pro mnoho aminokyselin platí, že jedna konkrétní aminokyselina může být kódována více různými kodony, neboť třípísmenných kombinací pro dvacet aminokyselin je celkem 64.
Galerie
Věděli jste, že?
Sydney Brenner zavedl termín „kodon“, který označuje třínukleotidovou jednotku určující jednotlivé aminokyseliny.
Hmm…
3 nukleotidy na kodon znamená 64 možných kodonů – tedy dostatek pro 20 aminokyselin a extra kodony pro zastavení syntézy (STOP kodon) a pro redundanci (jednu aminokyselinu může kódovat více kodonů). Proč nebyly zvoleny 4 nukleotidy na kodon s 256 možnými kombinacemi pro větší výběr a rozmanitost?
Video
Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.
 |
Marshall NirenbergMarshall Nirenberg pokračoval ve výzkumu jako člen National Heart, Lung, and Blood Institute of the National Institutes of Health (Státního institutu pro srdce, plíce a krev při Státní zdravotnické organizaci) až do svého odchodu v roce 2010. |
Tehdejší radost z vědy při popsání 64 kodonových kombinací. Zkoumání, zda je genetický kód univerzální a následný filozofický vliv.
Moment, když Nirenberg zjistil, že získal Nobelovu cenu.
Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana a Robert Halley spolu získali v roce 1968 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. Nirenberg a Horana rozluštili genetický kód. Holley jako první osekvenoval molekulu tRNA a odvodil její strukturu.
Marshall Warren Nirenberg (1927–2010)
Marshall Nirenberg se narodil v New York City. V jeho dvanácti letech se rodina přestěhovala do Orlanda na Floridu. Jeho raná záliba v pozorování ptáků ho přivedla k vědě a biologii. Nirenberg mohl objevovat rozmanitost ekologie floridských mokřadů. Také se hodně učil od profesionálů: správců muzeí, biochemiků, kteří působili v nedalekých výcvikových táborech jako vojáci v období druhé světové války.
Roku 1948 absolvoval bakalářské studium přírodních věd na University of Florida. V navazujícím studiu získal magisterský titul v oboru zoologie se zaměřením na ekologii a taxonomii chrostíků.
Poté přestoupil na University of Michigan a roku 1957 dokončil doktorské studium. Vzrůstal u něj zájem o život jako takový, a chtěl proto objevit jeho podstatu. Jeho disertační práce o transportu cukrů v nádorových buňkách odrážela jeho zájem o chemii v živém organismu.
Po doktorském studiu strávil dva roky v National Institutes of Health (NIH) na postdoktorském stipendiu v American Cancer Society. Roku 1960 přijal nabídku na pozici biochemického výzkumníka na Oddělení metabolických enzymů při NIH. Již předtím začal Nirenberg pracovat na otázce, jak dešifrovat genetický kód RNA.
Roku 1961 publikovali Nirenberg a J. H. Matthaei svůj proslulý článek v časopise Proceedings of the National Academy of Science. Ukázali, že syntetická mRNA tvořená pouze uracilem může řídit proteosyntézu. Z polyU mRNA vznikl polypeptid složený pouze z fenylalaninu – měli tak první kousek genetického kódu.
V následujících letech dešifrovala Nirenbergova skupina celý genetický kód přiřazováním jednotlivých aminokyselin k syntetickým nukleotidovým tripletům. Zjistili, že genetický kód je tzv. redundantní, tedy že některé aminokyseliny jsou kódovány více kodony. Zjistili také, že některé kodony fungují v informaci mRNA jako „tečky na konci věty“. Také prokázali, že až na několik málo výjimek je genetický kód univerzální pro všechny formy života na Zemi. Nirenberg získal spolu s Har Gobind Khoranou a Robert Holleym Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za rok 1968. Khorana také pracoval na rozluštění genetického kódu a Holley byl prvním, kdo stanovil sekvenci tRNA a popsal její strukturu.
Pozdější Nirenbergův výzkum se zaměřil na vývoj nervového systému u Drosophila melanogaster. Spravoval laboratoř v National Heart, Lung, and Blood v NIH. Byl vždy zapálený do výzkumu, vášnivým objevitelem a obdivovatelem přírodních zákonů.
Har Gobind Khorana (1922–2011)
Har Khorana se narodil v Raipur, západní Pákistán. Jeho otec byl úředníkem britské vlády v Indii. I když nepocházel ze zámožné rodiny, uměl Khoranův otec dětem zajistit vzdělání.
Khorana navštěvoval Punjab University v Lahore a absolvoval zde magisterské studium. Díky stipendiu od indické vlády mohl roku 1945 vycestovat a studovat v zahraničí a doktorát získal na University of Liverpool.
Následujících několik let strávil prací na své dizertaci, nejprve na Eidgenössische Technische Hochschule v Zurichu a poté na Cambridge University, kde se setkal s G. W. Kennerem a Lordem Alexander R. Toddem. Bylo to právě na Cambridge, kde se zrodil Khoranův zájem o proteiny a nukleové kyseliny.
Roku 1952 byla Khoranovi nabídnuta pozice na University of British Columbia. Tam mohl nezávisle pracovat na výzkumných projektech zahrnující témata jako fosfoestery a nukleové kyseliny. Tehdy začal pracovat na chemické syntéze ribonukleotidů pro proteosyntézu.
Roku 1960 přijal místo na Institutu pro výzkum enzymů na University of Wisconsin. Pokračoval s prací na syntéze nukleotidů a přečtení genetického kódu. Za tuto oblast získal spolu s Robertem Holleym a Marshallem Nirenbergem roku 1968 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Od roku 1970 až do odchodu do důchodu v roce 2007 byl na Massachusetts Institute of Technology profesorem biologie a chemie. Na Khoranovu počest byl roku 2007 založen „Khorana Program“, na jehož vzniku se podílely University of Wisconsin-Madison, indická vláda a indicko-americké Science and Technology Forum. Program vznikl s posláním vytvořit komunitu vědců, průmyslníků a podnikatelů v USA a Indii.
Věděli jste, že?
Nirenberg a Khorana sekvenci svých syntetických mRNA neznali. Vyvodili ji přidáváním různých množství nukleotidů a počítali pravděpodobnost, že vznikne daná sekvence se specifickou sestavou kodonů.
Hmmm…
Proč je vlastností genetického kódu redundance? Proč by nemohly kodony navíc nekódovat žádnou aminokyselinu?
Odkazy a literatura
Časopis American ScientistČlánek z lednového vydání roku 1998 s názvem: „The Invention of the Genetic Code“ shrnuje hlavní myšlenkové proudy vedoucí k teorii genetického kódu. Stroj na tvorbu proteinů
Program „European Bioinformatics Institute“ (EBI) je program znázorňující translaci z DNA sekvence. Můžete vložit svou vlastní sekvenci DNA anebo si vybrat nějakou z databáze. Program také testuje různé čtecí rámce a barevně znázorňuje proteinové produkty.
- Alberts, Bruce et al., 1983, Molecular Biology of the Cell, Garland Publishing Inc., New York.
- Borek, Ernest, 1965, The Code of Life, Columbia University Press, New York.
- Dunn, L.C., 1991, A Short History of Genetics: The Development of Some of the Main Lines of Thought: 1864-1939, Iowa State University Press, Ames.
- Griffiths, Anthony, et al., 1996, An Introduction to Genetic Analysis, W. H. Freeman and Company, New York.
- Hoagland, Mahlon, and Dodson, Bert, 1998, The Way Life Works, Random House Inc., New York.
- Hoagland, Mahlon, 1990, Towards the Habit of Truth: A Life in Science, W. W. Norton & Company, New York.
- Judson, Horace Freeland, 1979, The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology, Simon and Schuster, New York.
- Lagerkvist, Ulf, 1998, DNA Pioneers and Their Legacy, Yale University Press, New Haven.
- Lundardini, Rosemary, 1993, DNA Drama, Dartmouth Medicine, 18, No. 1, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire.
- Micklos, David A., and Freyer, G., 1990, DNA Science: A First Course in Recombinant DNA Technology, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.
- Rosenfield, Israel, Ziff, Edward, and Van Loon, Borin, 1983, DNA for Beginners, Writers and Readers Publishing, Inc.
- Taylor, J. Herbert, 1965, Selected Papers on Molecular Genetics, Academic Press, New York.
- Watson, James D., Gilman, Michael, Witkowski, Jan, Zoller, Mark, 1982, Recombinant DNA, 2nd edition, W. H. Freeman and Company, New York.
- Woese, Carl R., 1967, The Genetic Code: The Molecular Basis for Genetic Expression, Harper & Row, New York.
ÚEB, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita |
Mendelovo muzeum, Masarykova univerzita |
Návrat na úvodní stránku webu, přístupnost |
| Servisní středisko pro e-learning na MU
| Fakulta informatiky Masarykovy univerzity, 2013
Centrum interaktivních a multimediálních studijních opor pro inovaci výuky a efektivní učení | CZ.1.07/2.2.00/28.0041
