Mechanizm ewolucji

Odkryto, że grupa trzech sąsiadujących ze sobą nukleotydów (tryplet, kodon) danego genu określa konkretny aminokwas, oraz że sekwencja kodonów danego genu, czyli tworzących go trójek nukleotydów, dostarcza instrukcji do budowy łańcucha białka: wyznacza rodzaj aminokwasów i kolejność ich ułożenia.

Uwagę genetyków, pośród komponentów chemicznych nukleotydów, skupiły „zasady”; wyróżniono cztery: adeninę (A), guaninę (G), tyminę (T) i cytozynę (C); symbole, które im nadano, oznaczają również powstałe na ich bazie nukleotydy. I tak trypletowi GGC odpowiada aminokwas glicyna, GCC – alanina itd.

Przy pomocy lingwistycznego porównania mówi się, że informacja zawarta w genach zapisana jest w języku składającym się tylko z czterech liter: A, C, G, T. Wszystkie wyrazy tego języka składają się z trzech liter, trypletów. Słów z kolei, różnych trypletów, jest łącznie 64, czyli tyle ile – zgodnie z prawidłami kombinatoryki – grup trójelementowych może powstać z czterech elementów. Jeden gen, sekwencja trypletów, można porównać do zdania, które zawiera zaszyfrowany program budowy białka.

Kod genetyczny, transkrypcja i translacja

„Kod genetyczny: sposób wyznaczania sekwencji aminokwasów (ok. 20) w białkach syntetyzowanych w komórce przez kolejność ułożenia 4 różnych nukleotydów w łańcuchu DNA”. Używa się także terminu genom na określenie zespołu genów (a także, w innym znaczeniu, całkowitego DNA), obecnych w macierzystej komórce danego organizmu i przekazywanych następnym. „Na ludzki genom składają się 3 biliony par nukleotydowych”. „Cały genom ludzki zawiera około 100 tysięcy genów”. „DNA ludzkiej komórki miałoby po rozłożeniu jakieś trzy metry”.

Porównując „do liter albo lepiej do uderzeń w maszynę do pisania, wielkość informacji genetycznej DNA ludzkich komórek odpowiadałaby zawartości 400 tomów po 1000 stron każdy (7500 znaków na stronę). A zatem ilość przekazywanych tu informacji jest olbrzymia”.

DNA nie syntetyzuje bezpośrednio białek, ale informacja w nim zawarta kieruje syntezą łańcuchów białkowych na różnych etapach przy udziale innego rodzaju kwasu nukleinowego: kwasu rybonukleinowego (RNA). Cząsteczka tego kwasu, krótsza od poprzedniej, choć również stanowi łańcuch nukleotydów, nie składa się z dwóch nici, ale z jednej. W skład każdego z jego nukleotydów wchodzi jeden z czterech kwasów: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i – zamiast tyminy – uracyl (U).

W pierwszym etapie (etapie transkrypcji) informacja genetyczna zawarta w DNA zostaje przepisana na RNA. Następuje rozłączenie nici DNA i na jednej z nich, służącej za matrycę, kształtuje się łańcuch RNA, na którym zostaje zapisana informacja genetyczna. Otrzymał on nazwę „informacyjnego kwasu rybonukleinowego” – mRNA (m od ang. messenger ’posłaniec’).

W drugim etapie (etapie translacji) informacja przyniesiona przez mRNA prowadzi do syntezy odpowiedniego białka. To złożony proces. Oprócz mRNA biorą w nim udział transferowe kwasy rybonukleinowe (tRNA) i rybosomowy kwas rybonukleinowy (rRNA). Tryplety nukleotydów, kodony, zapisane w mRNA, przekładają się na sekwencję aminokwasów, które łączą się aż do utworzenia białka. Tak więc transkrypcja prowadzi do syntezy cząsteczki RNA na matrycy DNA, podczas gdy w procesie translacji mRNA przekazuje informację genetyczną, na podstawie której powstaje ustalona sekwencja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.

Komórki tkanek różnią się między sobą. W organizmie człowieka jest ich ponad 250 różnych typów; mamy na przykład komórki skóry, wątroby, systemu nerwowego itd. Uważa się jednak, że wszystkie komórki jednego organizmu posiadają identyczne geny. Ich różnorodność tłumaczy się tym, że w każdej z nich aktywują się inne geny. Cechy, charakteryzujące daną komórkę, determinowane są przez grupę aktywnych genów, które się powielają, wpisują, przekładają. W rozwoju organizmu aktywacja i dezaktywacja różnych genów w odpowiednim momencie prowadzi do powstania specjalnych kompozycji białek nadających każdej komórce charakterystyczne właściwości.