Il codice genetico

Perché vi sia corrispondenza fra l'informazione del polinucleotide e quella del polipeptide, esiste un codice: il codice genetico.

Le caratteristiche generali del codice genetico possono essere così elencate:

Il codice genetico è composto da triplette, ed è privo di punteggiature interne (Crick& Brenner, ).
E' stato decifrato mediante l'uso di "sistemi di traduzione a cellula aperta" (Nirenberg& Matthaei, 1961; Nirenberg& Leder, 1964; Korana, 1964).
È altamente degenerato (sinonimi).
L'organizzazione della tabella del codice non è casuale.
Triplette "non senso".
Il codice genetico è "standard", ma non "universale".

Osservando la tabella del codice genetico si deve ricordare che esso si riferisce alla traduzione dell'RNAm a polipeptide, per cui le basi nucleotidiche interessate sono A, U, G, C. La Biosintesi di una catena polipeptidica è la traduzione della sequenza nucleotidica in sequenza amminoacidica.

Ogni tripletta di basi dell'RNAm, denominata codone, ha la prima base nella colonna di sinistra, la seconda nella riga in alto, la terza nella colonna di destra. Prendiamo per esempio il triptofano (cioè Try) e vediamo che il codone corrispondente sarà, nell'ordine, UGG. Infatti la prima base, U, comprende tutta la fila di caselle in alto; in questa, G identifica la casella più a destra e la quarta riga della casella stessa, dove appunto troviamo scritto Try. Analogamente, per sintetizzare il tetrapeptide Leucina-Alanina-Arginina-Serína (simboli Leu-Ala-Arg-Ser) possiamo trovare nel codice i codoni UUA-AUC-AGA-UCA.

A questo punto, tuttavia, è bene rilevare che tutti gli aminoacidi del nostro tetrapeptide vengono codificati (a differenza del triptofano) da più di un codone. Non a caso nell'esempio appena riportato abbiamo scelto i codoni indicati. Avremmo potuto codificare lo stesso tripeptide con una diversa sequenza di RNAm, come ad esempio CUC-GCC-CGG-UCC.
Inizialmente, al fatto che ad un singolo aminoacido corrispondesse più di una tripletta era stato dato un significato di casualità, espresso anche nella scelta del termine di degenerazione del codice, utilizzato per definire il fenomeno della sinonimia. Alcuni dati suggeriscono invece che la disponibilità di sinonimi riferibili a diverse stabilità dell'informazione genetica non sia affatto casuale. Ciò sembra confermato anche dal reperto di un valore diverso del rapporto A + T/G + C nei diversi stadi dell'evoluzione. Ad esempio nei procarioti, in cui l'esigenza di variabilità non è soddisfatta dalle regole del mendelismo e neomendelismo, il rapporto A + T/G + C tende a crescere. La conseguente minore stabilità, di fronte alle mutazioni, fornisce maggiori occasioni di variabilità casuale da mutazione genica.
Negli eucarioti, in particolare nei pluricellulari, in cui è necessario che le cellule del singolo organismo conservino tutte lo stesso patrimonio ereditario, il rapporto A + T/G + C nel DNA tende a diminuire, diminuendo l'occasione di mutazioni geniche somatiche.
L'esistenza di codoni sinonimi nel codice genetico pone il problema, già accennato, della molteplicità o meno degli anticodoni nell'RNAt.
È certo che esiste almeno un RNAt per ogni aminoacido, ma non è altrettanto certo se un singolo RNAt possa legarsi ad un singolo codone, oppure possa riconoscere indifferentemente i sinonimi (soprattutto quando questi differiscono per la sola terza base).
Possiamo concludere che esistono in media tre codoni sinonimi per ogni aminoacido, mentre gli anticodoni sono almeno uno, e non più di tre.
Ricordando che i geni sono intesi come singoli tratti di lunghissime sequenze polinucleotidiche di DNA, è chiaro che l'inizio e la fine del singolo gene debbono essere necessariamente contenuti nella memoria.

BIOSINTESI DELLE PROTEINE

In diversi tratti del DNA si ha l'apertura della doppia catena e la sintesi dei diversi tipi di RNA.
Durante la tappa di caricamento, gli RNAt si legano agli aminoacidi (precedentemente attivati dall'ATP e dall'enzima specifico). Il "macchinario" biosintetico non è in grado di "correggere" tRNA caricati in modo sbagliato.
L'RNAr quindi si scinde nelle due subunità e, legandosi alle proteine ribosomiali, dà luogo all'assemblaggio dei ribosomi.
L'RNAm, passando nel citoplasma, si lega ai ribosomi, formando il polisoma. Ogni ribosoma, scorrendo sul messaggero, ospita man mano gli RNAt complementari ai relativi codoni, prelevandone gli aminoacidi e legandoli alla catena polipeptidíca in formazione.
Gli RNAt, relativamente stabili, rientrano in circolo. Anche i ribosomi tornano ad essere utilizzati, liberando il polipeptide già montato.
Il messaggero, meno stabile perché tutto monocatenario, viene scisso (dalla ribonucleasi) nei ribonucleotidi costituenti.
Il ciclo così continua, sintetizzando uno dopo l'altro i polipeptidi sugli RNA messaggeri forniti dalla trascrizione.