Degeneración de codones

La degeneración o redundancia ^[1] de codones es la redundancia del código genético , que se muestra como la multiplicidad de combinaciones de codones de tres pares de bases que especifican un aminoácido. La degeneración del código genético es lo que explica la existencia de mutaciones sinónimas . ^{[2] : Capítulo 15}

Fondo

Lagerkvist identificó la degeneración del código genético. ^[3] Por ejemplo, los codones GAA y GAG especifican ácido glutámico y exhiben redundancia; pero, ninguno especifica ningún otro aminoácido y, por lo tanto, no son ambiguos ni demuestran ninguna ambigüedad.

Los codones que codifican un aminoácido pueden diferir en cualquiera de sus tres posiciones; sin embargo, la mayoría de las veces, esta diferencia se encuentra en la segunda o tercera posición. ^[4] Por ejemplo, el aminoácido ácido glutámico se especifica mediante los codones GAA y GAG (diferencia en la tercera posición); el aminoácido leucina se especifica mediante codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG (diferencia en la primera o tercera posición); y el aminoácido serina se especifica mediante UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (diferencia en la primera, segunda o tercera posición). ^{[2] : 521–522}

La degeneración se debe a que hay más codones que aminoácidos codificables. Por ejemplo, si hubiera dos bases por codón, entonces solo se podrían codificar 16 aminoácidos (4² = 16). Debido a que se requieren al menos 21 códigos (20 aminoácidos más parada) y el siguiente número más grande de bases es tres, entonces 4³ da 64 codones posibles, lo que significa que debe existir alguna degeneración. ^{[2] : 521–522}

Trascendencia

Estas propiedades del código genético lo hacen más tolerante a fallas para mutaciones puntuales . Por ejemplo, en teoría, los codones degenerados cuádruples pueden tolerar cualquier mutación puntual en la tercera posición, aunque el sesgo de uso de codones restringe esto en la práctica en muchos organismos; Los codones degenerados dobles pueden resistir la mutación de silencio en lugar de las mutaciones puntuales Missense o Nonsense en la tercera posición. Dado que las mutaciones de transición (purina a purina o pirimidina a pirimidina) son más probables que las mutaciones de transversión (purina a pirimidina o viceversa), la equivalencia de purinas o pirimidinas en dos sitios degenerados añade una tolerancia a fallos adicional. ^{[2] : 531–532}

Agrupación de codones por volumen molar de residuos de aminoácidos e hidropatía .

Una consecuencia práctica de la redundancia es que algunos errores en el código genético sólo provocan una mutación silenciosa o un error que no afectaría a la proteína porque la hidrofilicidad o hidrofobicidad se mantiene mediante la sustitución equivalente de aminoácidos; por ejemplo, un codón de NUN (donde N = cualquier nucleótido) tiende a codificar aminoácidos hidrófobos. NCN produce residuos de aminoácidos que son de tamaño pequeño y moderados en hidropatía; NAN codifica residuos hidrófilos de tamaño medio. ^{[5] [6]} Estas tendencias pueden resultar de la ascendencia compartida de las aminoacil tRNA sintetasas relacionadas con estos codones.

Estos códigos variables para aminoácidos están permitidos debido a las bases modificadas en la primera base del anticodón del ARNt, y el par de bases formado se denomina par de bases oscilantes . Las bases modificadas incluyen inosina y el par de bases UG que no es de Watson-Crick. ^[7]

Terminología

Se dice que una posición de un codón es un sitio degenerado n veces si sólo n de cuatro nucleótidos posibles (A, C, G, T) en esta posición especifican el mismo aminoácido. Una sustitución de nucleótidos en un sitio degenerado cuádruple se denomina sustitución de nucleótidos sinónima, ^{[2] : 521-522,} mientras que las sustituciones de nucleótidos en las que la sustitución implica el cambio de una purina a una pirimidina, o viceversa, son transversión no sinónima. sustituciones. ^{[2] : 521–522}

Se dice que una posición de un codón es un sitio no degenerado si cualquier mutación en esta posición da como resultado la sustitución de aminoácidos. Solo hay un sitio degenerado triple donde cambiar a tres de los cuatro nucleótidos puede no tener efecto sobre el aminoácido (dependiendo de a qué se cambie), mientras que cambiar al cuarto nucleótido posible siempre da como resultado una sustitución de aminoácido. Esta es la tercera posición de un codón de isoleucina : AUU, AUC o AUA codifican isoleucina, pero AUG codifica metionina . En computación, esta posición a menudo se trata como un sitio degenerado doble. ^{[2] : 521–522}

Hay tres aminoácidos codificados por seis codones diferentes: serina , leucina y arginina . Solo dos aminoácidos están especificados por un solo codón cada uno. Uno de ellos es el aminoácido metionina , especificado por el codón AUG, que también especifica el inicio de la traducción; el otro es triptófano , especificado por el codón UGG.

Tabla inversa para el código genético estándar (comprimido usando la notación IUPAC )

Aminoácidos	Codones de ADN	Comprimido		Aminoácidos	Codones de ADN	Comprimido
Ala, A	GCU, GCC, GCA, GCG	GCN		Ile, yo	AUU, AUC, AUA	AUH
Arg, R	CGU, CGC, CGA, CGG; AGA, AGG	CGN, AGR; o CGY, MGR		Leu, L	CUU, CUC, CUA, CUG; UUA, UUG	CUN, UUR; o CUY, YUR
Asn, N	AAU, AAC	AAY		Lys, K	AAA, AAG	AAR
Asp, D	GAU, GAC	Gay		Conocido, M	AGO
Asn o Asp, B	AAU, AAC; GAU, GAC	RAYO		Phe, F	UUU, UUC	UUY
Cys, C	UGU, UGC	UGY		Pro, P	CCU, CCC, CCA, CCG	CCN
Gln, Q	CAA, CAG	COCHE		Ser, S	UCU, UCC, UCA, UCG; AGU, AGC	UCN, EDAD
Pegamento	GAA, GAG	GAR		Thr, T	ACU, ACC, ACA, ACG	ACN
Gln o Glu, Z	CAA, CAG; GAA, GAG	SAR		Trp, W	UGG
Gly, G	GGU, GGC, GGA, GGG	GGN		Tyr, Y	UAU, UAC	UAY
Su, H	CAU, CAC	ISLA PEQUEÑA		Val, V	GUU, GUC, GUA, GUG	PISTOLA
COMIENZO	AGO			PARADA	UAA, UGA, UAG	URA, UAR

Ver también

• Teoría neutral de la evolución molecular

Referencias

1. "La información en el ADN determina la función celular a través de la traducción | Aprenda ciencias en Scitable" . www.nature.com . Consultado el 14 de julio de 2021 .
2. Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Oosick R (2008). Biología molecular del gen . San Francisco: Pearson / Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-9592-1.
3. Lagerkvist, U. (1978.) " Dos de tres: un método alternativo para la lectura de codones ", PNAS , 75: 1759-62.
4. Lehmann, J; Libchaber, A (julio de 2008). "Degeneración del código genético y estabilidad del par de bases en la segunda posición del anticodón" . ARN . 14 (7): 1264–9. doi : 10.1261 / rna.1029808 . PMC 2441979 . PMID 18495942 .  
5. Yang; et al. (1990). Michel-Beyerle, ME (ed.). Centros de reacción de bacterias fotosintéticas: Feldafing-II-Meeting . 6 . Berlín: Springer-Verlag. págs. 209-18. ISBN 3-540-53420-2.
6. Füllen G, Youvan DC (1994). "Algoritmos genéticos y mutagénesis de conjuntos recursivos en ingeniería de proteínas" . Complexity International . 1 . Archivado desde el original el 15 de marzo de 2011.
7. Varani G, McClain WH (julio de 2000). "El par de bases oscilantes G x U. Un bloque de construcción fundamental de la estructura del ARN crucial para la función del ARN en diversos sistemas biológicos" . Rep . EMBO 1 (1): 18-23. doi : 10.1093 / embo-reports / kvd001 . PMC 1083677 . PMID 11256617 .