La estructura del actual Código Genético

La estructura del código genético es ahora bastante bien conocida. El código es una superposición de código de tripletes. La mayoría, pero no todos, de los 64 tríos de pie por uno u otro de los 20 aminoácidos y, en la mayoría de los casos, cada aminoácido está representado por más de un codón. La versión más actual del código se muestra en la Tabla 1. Esto está tomado de la 1966 Cold Spring Harbor Simposio sobre el código genético, A la que se remite al lector como fuente de referencias para muchos de los temas discutidos aquí.


Antes de comenzar, en un análisis detallado de este cuadro unas palabras de precaución son necesarias Aunque el código no se ha demostrado, principalmente derivados de los estudios sobre la Escherichia coli, que debe ser muy similar en estos organismos tan diferentes como las plantas de tabaco y el hombre. En lo que sigue voy a suponer, por comodidad de la exposición, que es idéntico en todos los organismos, que está muy lejos de ser demostrado. De hecho, es probablemente cierto para los codones de partida.



Esta tabla muestra las "mejores asignaciones" de los 64 codones en el momento del Simposio. Algunas de estas asignaciones son menos seguros que otros. Los dos codones marcado ocre y ámbar se cree que la señal de la terminación de la cadena polipeptídica. Los codones sospechosos de estar relacionadas con la iniciación de la cadena no se indican aquí.

Una vez más la función de los tres presuntos tonterías "" trillizos no se sabe con certeza. Se presume que la UAA (ocre) y UAG (ámbar) son señales para la terminación de la cadena y, probablemente, UGA, así, al menos en las bacterias.


En E. coli no parece existir un mecanismo especial para iniciar la cadena de polipéptidos, con la participación formilmetionina y los codones AUG y GUG. El mecanismo de los organismos superiores (si es que existe una especial) es desconocido.


Por último, es incierto si existen codones ambigua, es decir, los codones que representan más de un aminoácido. Por supuesto, se sabe que las mutaciones pueden producir errores en el mecanismo de traducción y así hacer que los codones de determinados ambigua, pero no se sabe si la ambigüedad se produce "normalmente". De nuevo en lo que sigue voy a suponer que esto no es generalmente el caso de los organismos actuales.


La razón básica por la que se puede ignorar estas complicaciones e incertidumbres, por el momento es que las características generales del código genético no es probable que en gran medida de ellos. Entonces, ¿qué son las propiedades del código, que requieren de una explicación?


Hay algunas características que son de un tipo general que no depende en absoluto en los detalles del código. Ellos son:

(1) Existen 4 bases distintas en el ARNm
(2) cada codón es un triplete de bases de
(3) sólo 20 de los numerosos aminoácidos posibles se utilizan. Al examinar la Tabla 1, sin embargo, uno está dispuesto a tomar todas estas características, por supuesto. Entonces, ¿qué hay de especial en los detalles reales del código genético?

(4) El 20 aminoácidos no se distribuyen al azar entre los 64 tripletes
De hecho, varias reglas fácilmente se puede deducir de la tabla. Por ejemplo,

(a) y XYU XYC siempre el código del mismo aminoácido.


(b) y XYA XYG menudo codifican el mismo aminoácido. Los ácidos raros aminoácidos, la metionina y triptófano, que tienen un solo codón de cada uno, parecen ser excepciones a esta regla.


(c) En la mitad de los casos (8 de 16) XY representa un solo aminoácido, donde la XY implica que las cuatro bases son posibles.


(d) En la mayoría de los casos los codones que representan un único inicio de aminoácidos con el mismo par de bases. Así, los dos codones para el inicio de la histidina, tanto con CA. Hay tres excepciones a esta:

Leucina ha CU y UUUnG

Serina ha UO y AGUC

Arginina CG-y AGUnG

(e) Si las dos primeras bases consisten únicamente en G y C, entonces los cuatro codones que comparten la misma inicial jubón todo el código en el mismo aminoácido. Es decir, el significado de estos codones es independiente de la tercera base. Esto es, de hecho, cierto para todos los codones que C en la segunda posición. Normas más complicado a lo largo de estas líneas puede ser producido para los codones restantes, pero me parece que más bien forzada.

(5) Aun teniendo en cuenta la agrupación de los codones en conjuntos, los aminoácidos no parecen ser asignados de forma totalmente aleatoria. Por ejemplo, todos los codones con U en el código el segundo lugar para aminoácidos hidrofóbicos. Los aminoácidos básicos y ácidos se han agrupado cerca junto a la derecha parte inferior de la Tabla 1.



Fenilalanina, tirosina y triptófano todos tienen codones a partir de U, y así sucesivamente. Es muy difícil no imaginar las regularidades en la agrupación hasta una al azar y sin embargo la impresión general es que "relacionados" aminoácidos tienen en cierta medida relacionados con los codones (Epstein, 1966).


(6) El código es universal (la misma en todos los organismos), o casi.



¿Por qué el Código Universal?



Dos teorías extremas puede ser descrita para dar cuenta de esto, aunque, como veremos, muchas de las teorías intermedios también son posibles.

La teoría Stereochemical

Esta teoría afirma que el código es universal porque es necesariamente la forma en que se debe a razones estereoquímica. Woese ha sido el principal defensor de este punto de vista (ver Woese, 1967).



Es decir, se afirma que la fenilalanina tiene que estar representado por UUJÍ, y no por otros trillizos, porque en cierto modo es la fenilalanina estereoquímicamente "relacionados" con estos dos codones. Hay varias versiones de esta teoría. Vamos a examinar estas poco cuando llegamos a considerar la evidencia experimental para ellos.



La teoría del accidente, congeladas

Esta teoría afirma que el código es universal, porque en la actualidad, cualquier cambio wovld ser leihal, o al menos muy fuertemente seleccionados en contra. Esto es así porque en todos los organismos (con la posible excepción de algunos virases) el código determina (mediante la lectura del ARNm) de las secuencias de aminoácidos de muchas moléculas de proteína altamente evolucionados que cualquier cambio a estas sería muy perjudicial si no va acompañada por muchas mutaciones simultáneas para corregir los "errores", producido por la alteración del código.


Esto explica el hecho de que el código no cambia. Para tener en cuenta que sea la misma en todos los organismos se debe asumir que toda la vida evolucionó a partir de un solo organismo (más estrictamente, de un solo cruce cerca de la población). En su forma extrema, la teoría implica que la asignación de los codones de los aminoácidos en este punto era totalmente una cuestión de "oportunidad".


La teoría Stereochemical-Evidencia experimental


En su forma extrema, la teoría estereoquímica afirma que las interacciones estereoquímicas postulado todavía están teniendo lugar hoy. Por lo tanto, debe ser una simple cuestión de probar o refutar tales teorías.


Pelé y Welton (Pele & Welton, 1966; Welton y Pelé, 1966) propuso la nave de un estudio de los modelos que hay en muchos casos, un ajuste entre la estereoquímica específica de aminoácidos y la secuencia de bases de su codón en el tRNA apropiado. Lamentablemente, sus modelos fueron construidos hacia atrás (Crick, 19676) para que sus afirmaciones son sin apoyo. Esta teoría implica que la secuencia del codón de espera se produce en algún lugar de cada ARNt. Por ejemplo, tal secuencia no se produce en el ARNt de la tirosina ya sea de la levadura (Madison, Everett & King, 1966) o de E. coli (Goodman, Abelson, Landy, Brenner & Smith, 1968). En nuestra opinión, esta idea tiene pocas posibilidades de ser correcta.


Una idea más razonable es que los aminoácidos se ajusta a la anticodón en el tRNA. Al menos esto tiene la ventaja de que está siempre presente. Un modelo en este sentido para la prolina ha sido descrita brevemente por Dunnill (1966), pero hasta ahora no hay una descripción detallada ha sido publicada, ni ha extendido su modelo de creación de otros aminoácidos.


La evidencia experimental ya ha establecido que cuando la activación de la enzima transfiere el aminoácido al ARNt, la interacción no es únicamente con el anticodón y el común. . . Secuencia terminal CCA. Esto se demuestra por el hecho de que la activación de una enzima de una especie no siempre se reconoce el ARNt caso de una especie diferente, aunque el anticodones deben ser muy similares si no idénticos, en diferentes especies (para un resumen de los datos, ver Woese, 1967, p. 125). Sin embargo, esto no excluye la idea de que la interacción es en parte con el anticodón y en parte con alguna otra parte del tRNA.


La mejor manera de refutar la teoría (si es que es falsa) sería cambiar el anticodón de alguna molécula del tRNA y mostrar que, sin embargo aceptó el mismo aminoácido de la enzima activa. Esto ya se ha hecho para la tirosina menores tRNA de E. coli cuyo anticodón se ha cambiado (en un Do + cepa) de GUA a CUA (Goodman et al., 1968), aunque los experimentos deben hacerse cuantitativamente. Otros ejemplos de estos cambios es probable que se informó en un futuro próximo. Hasta que esto se hace nos reservamos el juicio final sobre el ácido amino-teoría de la interacción anticodón, pero consideramos que es poco probable que sea correcto, excepto por-quizás en algunos casos especiales.


Incluso si se demostrara que la activación de la enzima reconoce el anticodón, esto por sí sola no demuestra que el reconocimiento se realiza mediante la inserción de los aminoácidos en una jaula formada por el anticodón. Tenga en cuenta que la activación de la enzima tendría que liberación de aminoácidos de su propio reconocimiento de la cavidad y luego insertarlo en el lugar de reconocimiento en el tRNA. Además, cuando el aminoácido se ha transferido al ARNt y la activación de la enzima se ha difundido en otras partes, el aminoácido no podía quedarse en la jaula anticodón sin bloquear la interacción con el codón en el ARNm. Nada de esto es imposible, pero ciertamente es más detalles.


No es fácil ver en este momento qué pruebas serían necesarias para demostrar que el anticodón en efecto, forma una jaula para el aminoácido, aunque si el tRNA (o quizás un fragmento de ella) se pudieron cristalizar podría ser posible ver el aminoácido sentado en esa posición.


La evidencia experimental actual, entonces, hace poco probable que todos los aminoácidos estereoquímicamente interactúa con el codón bien, o por su anticodón. Que no excluye la posibilidad de que algunos aminoácidos interactúan en cualquiera de estas formas, o que estas interacciones, aunque ahora no utilizados, puede haber sido importante en el pasado, al menos para algunos aminoácidos. Ahora debemos dejar el sistema como lo es hoy y que a su vez el examen de los sistemas primitivos.




El sistema primitivo


Es casi imposible discutir el origen del código, sin discutir el origen de los mecanismos bioquímicos reales de la síntesis de proteínas. Esto es muy difícil de hacer, por dos razones: es compleja y muchos de sus detalles aún no están comprendidos. Sin embargo, tendremos que presentar un plan provisional, de lo contrario no hay discusión posible.


Al observar el actual día de los componentes del mecanismo de la síntesis de proteínas, uno queda impresionado por la participación considerable de personas sin ácido nucleico de información. Los ribosomas están compuestos principalmente de moléculas de ARN y el adaptador (ARNt) son exclusivamente de ARN, aunque modificado para contener muchas bases inusual. ¿Por qué es esto?



Una explicación plausible, sobre todo para rRNA, es que el RNA es "más barato" para hacer que la proteína. Si un ribosoma se hicieron exclusivamente de proteínas de la célula necesita más ribosomas (para hacer las proteínas adicionales, que no sería una fracción insignificante de todas las proteínas en la célula) y por lo tanto sólo podía repetir más despacio. Aunque esto puede ser cierto, no podemos dejar de sentir que la razón más importante para rRNA y tRNA es que fueron parte de la maquinaria primitiva para la síntesis de proteínas.



En estas condiciones, se podría explicar por qué su trabajo no fue asumido por la proteína, ya que

(i) para el rRNA, sería demasiado caro
(ii) para los ARNt, la proteína no puede ser capaz de hacer un trabajo limpio en un espacio tan pequeño

De hecho, como se ha señalado en otros lugares, tRNA parece intento de la naturaleza para el ARN hacer el trabajo de una proteína (Crick, 1966).


Si, efectivamente, rRNA y tRNA eran parte esencial de la maquinaria primitiva, uno naturalmente se pregunta cuánta proteína, si los hubiere, que se necesitaba. Es tentador preguntarse si el ribosoma primitiva podría haber sido hecha enteramente de ARN. Algunas partes de la estructura, por ejemplo, la presunción de la polimerasa, ahora puede ser la proteína, han sido sustituidos por una proteína que podría hacer el trabajo con mayor precisión. Otras partes pueden no haber sido necesario, entonces, desde la síntesis de proteínas primitivos pueden haber sido bastante ineficiente e inexacta. Sin un conocimiento más detallado de la estructura de los ribosomas día es difícil hacer una conjetura informada.


No es demasiado difícil imaginar que las moléculas de ARNt principios de no modificar las bases (de modo que no era necesario modificar las enzimas), pero es mucho más difícil decidir si la activación de enzimas fueron esenciales. Una idea atractiva (sugeridos por el Dr. Oliver Smithies) Es que el tRNA primitivo era su propia activación de la enzima. Es decir, que su estructura había una cavidad en la que se declaró específicamente la cadena lateral del aminoácido apropiado en una posición tal que el grupo carboxilo puede ser fácilmente se unió a la ribosa terminal del tRNA.


Por tanto, es imposible no imaginar que la maquinaria primitiva no tenían la proteína en todos y compuesto únicamente de ARN. Esto se discute con mayor extensión en el documento complementario por el Dr. L. E. Orgel, Donde se destacó la importancia de la facilidad de replicación del ácido nucleico. Nos enfrentamos a la cuestión del origen de todo esto ARN. ¿Podría la secuencia apropiada han surgido por casualidad?



No siento que esto es totalmente imposible, por tres razones.

(a) Algunos catalizador natural (como un mineral) para la polimerización de nucleótidos al azar pueden existir. Si esto fuera así, el ARN se haya hecho en muchos lugares en la superficie de la Tierra durante un período considerable de tiempo, por lo que en conjunto una enorme cantidad de secuencias diferentes pueden haber sido sintetizados. Es difícil evaluar el valor de esta idea, ya que tal catalizador natural aún no ha sido descubierto. Otra posibilidad es que un crudo plantilla mecanismo desarrollado en una fase temprana. Esto se discute ampliamente en el documento complementario.


(b) El mecanismo de "sondeo" de la síntesis de preferencia puede producir estructuras con múltiples bucles (esto también se discute en el documento complementario), de modo que las secuencias de este tipo (que de hecho son encontrados en el tRNA y el rRNA) pueden haber sido sintetizados preferentemente. Por otra parte, la base real de los pares utilizados en la base pareadas regiones no pueden ser críticos para su estructura. En resumen, la síntesis de un ARN aceptable y tRNA no haber sido tan improbable como parece a primera vista.


(c) La base de las secuencias necesario podría haber sido repetitivos. Por ejemplo, las moléculas de ARNt temprana pueden haber sido muy similares, sólo difieren en el anticodón y en la región de la cavidad presume. Por lo que sabemos, la estructura de las moléculas grandes rRNA en parte podría ser repetitivo. Estas repeticiones podría haber sido producido con bastante facilidad si hubiera un replicasa ARN disponibles. Posiblemente la primera "enzima" es una molécula de ARN con propiedades replicasa. Así, un sistema basado principalmente en el ARN no es imposible. Tal sistema podría comenzar a sintetizar la proteína y por lo tanto podrían evolucionar muy rápidamente por la selección natural. No vamos a discutir aquí el difícil problema de cómo los diversos componentes se mantengan juntos, es decir, el origen de una célula.

El punto de este esquema es para impresionar al lector con la gran dificultad del problema. Sin duda, sería más fácil si las interacciones químicas específicas estéreo podría ocurrir entre los aminoácidos y tripletes de bases, pero incluso si esto es posible el origen del mecanismo de presentar la traducción ribosomal presenta graves dificultades.




El Código Primitiva


Ahora debemos hacer frente a la naturaleza del código primitivo y la forma en que evolucionó en el presente Código.


Se podría argumentar que el código primitivo no era un código del trío, pero que en un principio las bases se leyeron uno a la vez (que da 4 codones), y dos a la vez (que da 16 codones), y sólo más tarde se convirtió en el código triplete presente. Esto parece muy poco probable, ya que viola el principio de continuidad.



Un cambio en el tamaño codón necesariamente hace tonterías de todos los mensajes anteriores y casi seguramente sería letal. Esto es muy diferente de la idea de que el código primitivo era un código del trío (en el sentido de que el mecanismo de lectura se trasladó a lo largo de tres bases en cada paso), sino que sólo, por ejemplo, se leyeron las dos primeras bases. Esto no es del todo inverosímil.


El siguiente punto general sobre el código primitiva es que parece probable que sólo participaron unos pocos aminoácidos. Hay varias razones para esto. Ciertamente, parece poco probable que todos los amino ácidos presentes estaban fácilmente disponibles en el momento en el código de empezar. Buscar Ciertamente triptófano y la metionina como añadidos posteriores.



Exactamente qué aminoácidos fueron común no está claro, aunque la mayoría de las listas se incluyen glicina, alanina, serina y ácido aspártico. Sin embargo, si la interacción sterepchemical desempeñado un papel en el código primitivo, esto podría seleccionar los aminoácidos que estaban disponibles, pero no particularmente común. Una vez más, parece poco probable que el código primitivo podría código específicamente para más de unos pocos aminoácidos, ya que esto haría que el origen del sistema terriblemente complicado.



Sin embargo, como Woese (1965) ha señalado, el sistema primitivo podría haber utilizado las clases de aminoácidos. Por ejemplo, sólo la base media de la tripleta se haya reconocido, una U en posición de pie para que cualquiera de una serie de aminoácidos hidrofóbicos, una A por uno ácido, etc


Aminoácidos Aunque pocos (o grupos de aminoácidos) se han reconocido, es probable que no los codones sin sentido también existían muchos, de lo contrario cualquier mensaje que habría tenido demasiadas lagunas. Hay varias maneras de salir de este dilema. Por ejemplo, como se mencionó anteriormente, sólo una base del triplete podría haber sido reconocido. Otra posibilidad, sin embargo, es que el mensaje inicial no consistía en la actualidad cuatro bases, pero quizá sólo dos de ellos.




El número de bases en el ácido nucleico primitivo


El único requisito fuerte para el ácido nucleico primitivo es que debe haber sido fácil de reproducir, y que debería haber consistido en más de una base, de lo contrario no podrían llevar a toda la información en su secuencia de bases. Ni siquiera se puede descartar la posibilidad de que la secuencia de bases de las dos cadenas se complementan (como en el ADN presente). Tal vez una estructura es posible con sólo dos bases en las que las dos cadenas paralelas (en vez de anti-paralelo) y la vinculación es como-con-estilo. Sin duda sería de gran interés si tal estructura puede ser demostrado experimentalmente.


Dejando esta posibilidad en un lado y limitándonos a las estructuras complementarias, vemos que el número de bases deben ser pares. Si sólo hay dos en el ADN primitivo, se plantea la cuestión a la que dos. Las opciones son obvias A con U (o T) o G con C. Una posibilidad menos obvia (sugerido hace algún tiempo por el Dr. Leslie Orgel, Comunicación personal) es A con I (donde se encuentra para inosina, teniendo la hipoxantina base).



No es cierto que la doble hélice se pueden formar con una secuencia aleatoria de A y yo en una cadena y la secuencia complementaria (dictada por la IA o pares IA) en la otra cadena, pero no es improbable, sobre todo en los polímeros del ARN poli-A y el poli puedo formar una doble hélice.


Varias ventajas podrían ser reclamados por este sistema. La adenina es probable que sea la base más común disponible en la sopa primitiva, y inosina podría surgir de ella por desaminación. Así, el suministro de los precursores podría ser más fácil que en el caso de las otras dos alternativas, aunque lo cierto es esto aún debe ser establecida. Entonces, de nuevo en un aleatorios (A, I), secuencia que, presumiblemente, el código de la misma manera como G hace ahora, en todo caso para las dos primeras posiciones de los tripletes.



Si podemos utilizar el presente Código como una guía (aunque vamos a argumentar más adelante que esto puede inducir a error), se observa que los trillizos que sólo contiene una o G en sus dos primeras bases (el derecho de la esquina inferior de la tabla) en efecto, el código para algunos de los aminoácidos más obviamente primitivas.


Es importante notar que un sistema de este tipo (o incluso como una con-con-como pareja) no viola el principio de continuidad. Para pasar de una (A, I) a una doble hélice como la actual, pero con A, I, U y C, las medidas sólo se requiere es un cambio en la replicasa para seleccionar más pequeños pares de bases, y una fuente de la dos precursores nuevo. El mensaje que lleva (por la "OID" de la cadena) no se altera por este paso.



Poco a poco las mutaciones se producen de U y C en esta cadena y los nuevos codones así producido puede ser que entren en funcionamiento como el mecanismo para la síntesis de proteínas evolucionado. Finalmente, G sería sustituido por I. En ningún momento el mensaje de que convertirse en un completo disparate. La idea de que el ácido nucleico inicial contenía sólo dos bases es, pues, muy plausible. Queda por ver si el ARN ribosomal primitivo y tRNA primitivo podría construirse usando sólo dos bases.




La alternativa Stereochemical


Como se dijo anteriormente, parece muy poco probable que exista una relación estereoquímica entre todos los amino ácidos presentes y trillizos específicos de las bases, pero de ninguna manera excluye que algunos aminoácidos pueden interactuar de esta manera. Si esto fuera posible, sería ciertamente ayuda en las etapas iniciales de la evolución del código.



Sin embargo, tarde o temprano, la transición habría tenido que hacerse con el tipo actual del sistema, con la participación tRNA, ribosomas, etc Nos parece que esto sólo podría ocurrir fácilmente si el código en este momento es bastante simple y sólo se cifraron una número relativamente pequeño de aminoácidos.




La evolución del Código Primitiva


Cualquiera que sea los primeros pasos en la evolución del código, parece muy probable que se pasó por una etapa en la que fueron codificados sólo unos pocos aminoácidos. En esta etapa ya sea el mecanismo era bastante impreciso y podría reconocer la mayoría de los trillizos, o sólo una trillizos pocos fueron utilizados, tal vez porque el mensaje que contiene sólo dos tipos de base. Ahora debemos considerar lo que pasaría después.


Una complicación se presentó en esta imagen simple. Bien podría ser que en esta fase los mecanismos de reconocimiento no eran muy precisas y que cualquier codón dado correspondía a un grupo de aminoácidos (véase Woese, 1965, que ha insistido en este punto).



Por lo tanto los codones de alanina también podría incorporar glicina, los de treonina también podría Código serina, etc Sin embargo, no es en absoluto seguro de que esto sucedió. Es muy probable que una "cavidad" para aceptar treonina aceptaría también la serina en cierta medida, pero el error inverso es menos probable y puede depender de la naturaleza exacta de la estructura en cuestión. Así, aunque el mecanismo de codificación de principios de los errores producidos probablemente, sólo podemos adivinar su alcance.


Vamos a argumentar que, con mucho, el paso más probable es que estos ácidos aminados primitivas repartidas por todo el código hasta que casi todos los trillizos representan uno u otro de ellos. Nuestras razones para creer esto es que también muchas tonterías trillizos sin duda serían seleccionados en contra, de modo que la mayoría de los codones sería rápidamente se pongan en funcionamiento (Sonneborn, 1965). Además, sería más fácil producir un tRNA nuevos, modificados sólo en su anticodón, sin dejar de reconocer el aminoácido, que para producir una nueva anticodón y un sistema nuevo reconocimiento para fijar un nuevo aminoácido.



Por lo tanto, podemos esperar razonablemente que el código intermedio tiene dos propiedades:

(i) unos aminoácidos fueron codificadas, y

(ii) casi todos los trillizos se puede leer.

Por otra parte, debido a la forma primitiva de este código de origen, los trillizos de pie por cualquiera de amino ácido pueden estar relacionados. En esta etapa el organismo sólo podría producir más crudamente hecho de proteínas, ya que el número de aminoácidos que podía utilizar era pequeño y las proteínas probablemente no había evolucionado de forma muy amplia.


Los pasos finales en la evolución del código supondría un aumento en la precisión del reconocimiento y la introducción de nuevos aminoácidos. La celda tendría que producir un nuevo tRNA y la activación de una enzima nueva para manejar cualquier nuevo aminoácido, o cualquier aminoácido menores ya han sido incorporados a causa de errores de reconocimiento. Este nuevo tRNA reconocería trillizos algunos que probablemente se está utilizando ya para un aminoácido existente. Si es así, estos tripletes sería ambiguo.



Para tener éxito, dos condiciones que deben cumplirse.

(1) El nuevo aminoácido no se molesta demasiado las proteínas en la que se incorporan. Este malestar es menos probable que ocurra si el antiguo y el nuevo amino ácidos están relacionados.
(2) El nuevo aminoácido debe ser una ventaja positiva para la celda de al menos una proteína. Esta ventaja debe ser mayor que las desventajas de la introducción de otra parte.

En resumen, la introducción del nuevo aminoácido que, en conjunto, dan a la célula una ventaja reproductiva.


Para que el cambio se consolide podemos esperar muchas otras mutaciones, en sustitución de los codones ambigua por los codones otro para el aminoácido antes, cuando se trataba de algo mejor para una proteína de la tarde. Así eventualmente los codones implicados dejaran de ser ambiguo y que sólo el código para el nuevo aminoácido.


Hay varias razones por las que se podría esperar que esta sustitución de un aminoácido por otro que tendrá lugar entre los aminoácidos estructuralmente similares.

En primer lugar, como se mencionó anteriormente, como una semejanza disminuiría los efectos negativos de la sustitución inicial.

En segundo lugar, el ARNt Probablemente, en su inicio como una duplicación del gen del ARNt existentes para los codones.

Por otra parte, la activación de la enzima nuevo pozo podría ser una modificación de la activación de la enzima existente. De nuevo, esto podría ser más fácil si estaban relacionados con los aminoácidos. Así, el efecto neto de una serie de cambios sería que los aminoácidos similares que tienden a tener codones similares, que es precisamente lo que observamos en el presente Código.


Es evidente que ese mecanismo para la introducción de nuevos aminoácidos sólo puede tener éxito si el mensaje genético de la célula codificados para que sólo un número pequeño de proteínas y, especialmente, las proteínas que estaban algo toscamente construidos. Dado que el proceso continuó y el organismo desarrollado, más proteínas y más sería codificada y su diseño se vuelven más sofisticados hasta que finalmente se llegaría a un punto en ningún aminoácido podrían introducirse nuevas proteínas sin alterar demasiado.



En esta etapa el código sería congelado. Note que no se sigue necesariamente que los codones original, del código primitiva original (en comparación con el código intermedio) necesariamente mantendrán sus asignaciones a los primitivos amino ácidos. En otras palabras, la evolución del código puede muy bien haber eliminado todo rastro del Código primitivo. Por esta razón, los argumentos sobre los que base carne par en uso por primera vez en el ácido nucleico, no debe depender demasiado de las tareas del presente Código.


La idea ha descrito anteriormente es crucial para la evolución del código. No parece, a mi juicio, la misma que la idea, sugerida por varios autores (Sonneborn, 1965; Goldberg & Wittes, 1966), que el código está diseñado para minimizar los efectos de las mutaciones. La implicación es que las mutaciones son las que ocurren en muchas de las proteínas del organismo, y de hecho aún se están produciendo hoy en día.



Esto no es la misma que la idea de que es la situación producida por la introducción de un nuevo aminoácido al código de desarrollo que debemos tener en cuenta. Por otra parte, los disturbios había que reducir, no a las proteínas actuales, sino a la pequeña cantidad de proteínas más primitivo existente entonces. La minimización de los efectos de las mutaciones en cualquier caso, es probable que sólo tienen una pequeña ventaja selectiva, incluso en el momento actual, y creo que es improbable que pueda haber tenido ningún efecto apreciable en el moldeo del código genético. Woese (1967) ha hecho el mismo punto.


Una idea bastante próxima a la presentada anteriormente ha sido desarrollado por Woese (1965). Él enfatiza en su análisis el hecho de que el mecanismo de traducción temprana probablemente sería propenso a errores. Esto es realmente una idea importante y bien puede ser lo que realmente ocurrió, pero no es idéntica a la idea sugerida por encima, como puede verse fácilmente, haciendo poco probable la hipótesis de que el mecanismo temprano era bastante precisa.



En este caso las ideas de Woese carecen de pertinencia y el otro es conducido al sistema descrito anteriormente. Sin embargo, la discusión de Woese (Woese, 1967) sigue la misma línea que el presentado aquí. Sin embargo, sostiene que este mecanismo es poco probable que el código podría alcanzar el código realmente óptima.



No hay ninguna razón para creer, sin embargo, que el código actual es la mejor posible, y podría fácilmente haber alcanzado su forma actual por una secuencia de accidentes felices. En otras palabras, no puede ser el resultado de tratar todos los códigos posibles y seleccionar los mejores. En su lugar, pueden ser congelados en un mínimo local que se ha llegado por un camino más bien al azar.


Por otro lado, la idea básica ha sido muy claramente por la Thomas H. Jukes (1966) en su libro Moléculas y la evolución (p. 70), a pesar de que no le da ninguna importancia particular.


Hay una característica del proceso por el cual nuevos aminoácidos se agregaron a un código primitivo que está lejos de ser clara. Por ello, varias versiones del código genético no surgió. Es, por supuesto, fácil de decir que, de hecho varios lo hicieron surgir, y sólo el mejor conservado, pero el argumento es bastante simplista. Una discusión detallada de lo que podía haber sucedido en este período implicaría la consideración de la recombinación genética.



¿Ocurrió en una fase muy temprana, incluso antes de la evolución de la célula, y, en caso afirmativo, qué forma tomó? Sorprendentemente, ningún escritor en la evolución del código parece haber planteado este punto. Naturalmente, sólo los procesos más simple sería de esperar, pero las ventajas selectivas de ese proceso sería muy grande. Tal vez un proceso de fusión simple sería suficiente para el origen del código (de una sugerencia hecha por el Dr. Sydney Brenner, Comunicación personal).



Esto proporcionaría genes de repuesto de evolución y en la medida que el código de la fusión de los organismos diferían produciría ambigüedades fructífera. Se podría incluso argumentar que la población que derrotó a todos sus rivales y sobrevivió fue el que evolucionaron por primera vez el sexo, un giro curioso el mito del Jardín del Edén.




Características generales del Código


Ahora tenemos que volver atrás y preguntarnos si podemos explicar las características generales del código en términos de las ideas esbozadas anteriormente.

Las cuatro bases distintas
Hemos sostenido que originalmente pudo haber sido sólo dos bases en el ácido nucleico. ¿Por qué no debería ser de cuatro a día de hoy? La respuesta probable parece ser que cuatro fueron estereoquímicamente posible (es decir, podría encajar en una estructura de doble hélice) y que dos era demasiado restrictivo, un número.



Si tan sólo las dos primeras bases del triplete originalmente distinguido, el único mecanismo que podría código de cuatro cosas (tres aminoácidos y un espacio?), E incluso si la actual "bamboleo" mecanismo sólo se aplicaba un máximo de ocho cosas podrían ser codificados . Este podría ser demasiado pocos para construir proteínas realmente eficiente.


Si seis pares de base distintas son estereoquímicamente posible ha sido discutido en otra parte (Rich, 1962; Crick, 1964). Debería ser posible para resolver este punto experimental.


¿Por qué un trío?
Hemos sostenido que el código debe haber sido, básicamente, un código del trío desde una etapa muy temprana, de manera que uno no tiene derecho a utilizar argumentos sofisticados que sólo se aplique a una etapa posterior, aunque se podría argumentar que los organismos temprano con doblete de cuatrillizos o códigos efectivamente existía, pero se extinguió, sólo el código del trío sobreviviente.


Sin embargo, nos inclinamos a pensar que la razón en este caso puede ser de carácter estructural. Si, efectivamente, no existe una relación directa entre la estereoquímica un aminoácido y un triplete, el problema de construir un adaptador para reconocer el codón puede ser un problema difícil de resolver.



En efecto, se quiere realizar un acto más bien complicado de reconocimiento dentro de un espacio bastante limitado, ya que dos adaptadores de necesitar recostarse de lado a lado, y adjunta a los codones adyacentes en el ARNm, durante el acto de síntesis. Esto es probablemente muy difícil de realizar si la proteína se utiliza para el adaptador. Por otro lado, el ácido nucleico, mediante el empleo de la base del mecanismo de vinculación, puede hacer un trabajo muy limpio en un espacio pequeño.


Por diversas razones, el adaptador no puede ser demasiado simple de una molécula. Por ejemplo, los aminoácidos en los adaptadores adyacentes deben ser reunidos, esta es posiblemente hecho en la actualidad utilizando la flexibilidad ... Cola de la CCA. Debe haber, en cierta medida, una estructura definida y es probable que se base en los tramos de doble hélice. Así. El diámetro de la hélice doble (ya que dos pueden tener que estar al lado del otro) puede haber dictado el tamaño del codón, en el que un doblete de código (que se mueve a lo largo de dos bases a la vez) se crearía un problema de reconocimiento imposible .


El 20 Amino Ácidos
Según la teoría esbozada anteriormente, tanto en el número 20, y el real de amino ácidos en el código por lo menos en parte debido a un accidente histórico.


Primera nota de que si la teoría de la oscilación de la interacción entre codón y anticodón es correcta, entonces el número máximo de cosas que puede ser codificada en una forma positiva es de 32 (es decir 31 aminoácidos y un terminador de la cadena), no 64. Así, la representación múltiple de ocho de los aminoácidos no es excesiva.



En este punto de vista, sólo ocho de las 21 cosas codificados aparecen más de una vez. Si el código desarrollado como he sugerido, que en realidad sería sorprendente que cada aminoácido se le ocurrió una sola vez. Sin embargo, la teoría de la oscilación no debe confiar demasiado lejos, aunque sólo sea porque no tiene fácil explicar el hecho de que los códigos de UGA de manera diferente a los dos UGUC y UGG.

Discusión de los ácidos aminados reales utilizados en el código no puede ser muy rentable. Algunos aminoácidos menos comunes, como la cisteína y la histidina, claramente, parece tener una ventaja debido a su reactividad química, pero si, por ejemplo, la metionina se puede justificar de este modo parece menos evidente. Tal vez sería más útil tener en cuenta que los aminoácidos no se utilizan en el código.



Sin embargo, la respuesta, si este esquema general es correcto, realmente depende de consideraciones muy complicado, en parte accidental, durante la evolución temprana del código. En particular, dependerá de la naturaleza exacta de las proteínas primitivas. Parece poco probable que se podía llegar a ninguna conclusión firme, siguiendo esta línea de argumentación.


Como ya se mencionó, la teoría no explica de manera general por qué los aminoácidos similares suelen utilizar los codones similares. Esto no responde a la pregunta de si la asignación de aminoácidos se debe enteramente al azar.



Sin embargo, si se asume que el código primitiva de moléculas de ARNt y que el lugar de reconocimiento para el aminoácido era distinta de la del anticodón, a continuación, incluso si la activación de la enzima no existe en esta fase y en su lugar el aminoácido instalado en una jaula específica en el tRNA, la asociación entre los aminoácidos y anticodón podría deberse a la casualidad.



Así pues, un código con esta propiedad es indignante. Recuerde siempre que las moléculas presentes tRNA necesariamente debe haber evolucionado en algún momento u otro.



En contraste las dos teorías


La evolución del código esbozado aquí tiene la propiedad que podría producir un código en el que la asignación real de los aminoácidos de los codones es principalmente accidental y, sin embargo relacionada con aminoácidos se espera que los codones correspondientes. La teoría parece plausible, sino como una teoría que adolece de un defecto importante: es demasiado complaciente.



En una especie suelta de manera que puede explicar nada. Una segunda desventaja es que los primeros pasos necesarios para que el sistema va a exigir más bien parecen un gran efecto oportunidad. Una teoría de este tipo no necesariamente es inútil si uno puede llegar a los hechos de manera experimental. Lamentablemente, en este problema, esto es lo que es tan difícil de hacer.



Una teoría que implican las relaciones estereoquímica entre los aminoácidos y de trillizos, por otra parte, no sólo hace más fácil ver cómo el sistema podría empezar, pero al menos hay una posibilidad razonable de que los experimentos bien diseñados podría probar que tales interacciones específicas son posibles. Por tanto, es fundamental para perseguir la teoría estereoquímica.



Sin embargo, los modelos de vaga de estas interacciones son de poca utilidad. Lo que se necesita es una prueba experimental directa de que estas interacciones tienen lugar (expresado como constantes vinculante) y una idea de su especificidad.