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.
Věděli jste, že?
Než začal pracovat Marshall Nierenberg na National Institut for Health, požádal o pozici postdoktorského pracovníka v laboratoři Paula Zamecnika. Byl však odmítnut, protože Zamecnik tehdy neměl ve své laboratoři volnou místnost.
Hmmm…
Paul Zamecnik se svým týmem vyvinuli bezbuněčné systémy z krysích jater. Proč tyto své bezbuněčné systémy nevyužili pro přečtení genetického kódu?
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?
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?
