Hücrede bulunan mRNA'nın (haberci/mesajcı RNA), kromozomal DNA'nın ilgili bölümünü kopyalayıp, üretilecek proteindeki amino asit sıralamasını belirlediği anlaşılınca, ardından gelen soru, bu sürecin tam olarak nasıl işlediği oldu (Bkz. DNA Ne Yapar?). Doğal olarak türeyen proteinlerde 20 çeşit amino asit bulunabildiği uzun süredir biliniyordu. Ayrıca mRNA'da sadece 4 çeşit nükleotid olduğu da bilgi dahilindeydi: Adenin (A), Urasil (U), Guanin (G) ve Sitozin (C). Yani 20 farklı amino asit, 4 harfli bir kod ile şifreleniyor demekti.

Crick ve Watson’un 25 Nisan 1953 tarihinde DNA’nın yapısı hakkındaki makalelerini yayımlamalarının hemen ardından, fizikçi George Gamow bazların dörtlü bir kod olarak çalışabileceğini önerdi. DNA’da saklı olan bilginin aslında proteinlerin amino asit dizilimlerinin şifresi olduğu gitgide netleşiyordu. Fakat doğadaki proteinlerde 20 çeşit amino asit bulunabilirken, DNA’da sadece 4 çeşit baz vardı. Olabilecek en basit kod olan birebir eşlemenin (örneğin Timin bazının Glisin amino asitine karşılık gelmesi gibi) yetersiz olacağı aşikârdı; çünkü öyle bir durumda sadece 4 amino asit kodlanabilir ve 16 tane amino asit açıkta kalırdı.

Gamow, DNA’daki bazların bir genetik kod oluşturacak şekilde nasıl bir araya geldiği üzerine tahminler yürütmeye başladı. Her amino asite bir bazın karşılık gelemeyeceğini gördük. Eğer bazlar çift oluşturursa ve her baz ikilisi bir amino asiti kodlarsa, bu durumda 16 farklı dizilim mümkün olur. 20 amino asit için hâlâ yetersiz bir sayı. Fakat üçlü bir kod 64 dizilimi ve hatta dörtlü bir kod 256 dizilimi mümkün kılabilirdi.

Genetik kod problemi, Crick ve Brenner tarafından ele alındı. 1961’de bu grup, kodun birbiriyle üst üste gelmeyen (çakışmayan) üçlü bazlardan oluştuğuna dair deneysel kanıt elde etti. Brenner bu üçlü baza “kodon” adını verdi. Üç nükleotidlik kodların amino asitleri şifrelediği açıklığa kavuşur kavuşmaz, bu kez hangi amino asitin hangi kod ile şifrelendiği bulmacasına yoğunlaşıldı. Aynı yıl, Nirenberg ve Matthei, kodun ilk harfini çözdü. Ardından, çözülen harf olan Urasil'den üç tanesinin ardarda gelmesi ile şifrelenen Fenilalanin amino asitinin kodonu tanımlandı. Bunu izleyen çalışmalarda uygulanan farklı tekniklerle, 64 kodonun hepsinin şifresi çözüldü.



64 olası kodondan 61’i 20 amino asiti kodlar. Metionin hariç tüm amino asitler birden fazla kodona sahiptir. Örneğin hem AAA, hem de AAG kodonları lisin amino asitine karşılık gelir. Bazı amino asitlerin 4, hatta bazılarının 6 kodonu vardır. Bir amino asitin birden fazla kodonu olması "yozlaşma" olarak anılır; fakat kodonlar tek anlamlıdır. Her kodon yalnız bir amino asite karşılık gelir. Amino asit kodlamayan 3 kodon, durdurma kodonlarıdır. Bunlar, belirli bir DNA diziliminin ifade ettiği amino asit dizisinin sonunu belirtir. Yani ribozom bir durdurma kodonu okuduğunda, amino asit dizilimini sonlandırıp, polipeptidi serbest bırakır. Bir proteini kodlayan DNA parçası, gerekli tüm amino asit dizisi sağlanana kadar devam eder. Bu DNA parçasına “açık okunma bölgesi” (İng. Open Reading Frame - ORF) denir.

Genetik şifrenin üç harfli sözcükleri her varlıkta aynıdır. CGA arjinin, GCG de alanin anlamına gelir ve yarasalarda, böceklerde, kayın ağaçlarında, bakterilerde kısaca hepsinde durum aynıdır. Bu sözcükler, yanlış şekilde arkebakteri olarak adlandırılmış olan, Atlantik Okyanusu'nun yüzeyinden binlerce metre derinlikteki kaynayan sülfür kaynaklarında yaşayan organizmalarda ya da çapraşıklığın mikroskobik kapsülleri olan virüslerde de aynıdır. Dünyada nereye giderseniz gidin, hangi hayvana, bitkiye, böceğe ya da su damlasına bakarsanız bakın, eğer canlıysa aynı sözlüğü kullanıyor ve aynı şifreyi biliyordur. Bütün yaşam tektir. Genetik şifre, açıklanamayan sebeplerden ötürü başta silli protozoalar olmak üzere, birkaç yerel anormallik dışında her varlıkta aynıdır. Hepimiz tamamen aynı dili kullanıyoruz.

– Matt Ridley (Genom – ISBN: 9786054238811)

Selenosistin: 21.Amino Asit

Her kodonun tek bir anlamı olduğunu söyledik ama bu noktada söz etmemiz gereken bir konu daha var: Diğer amino asitler konusu. 1980'li yıllarda bilimciler, model organizma olarak kullanılan E.coli üzerinde çalışırken, selenosistin amino asitinin (yapısal olarak sistin amino asitine benzer ama sülfür atomu yerine selenyum atomu barındırır) mRNA'da kendi kodonuna sahip olduğunu keşfettiler: UGA. Yukarıdaki tablodan görüldüğü gibi, UGA kodonu normalde bir durdurma kodonudur. Yapılan çalışmalarda E.coli'nin selenosistin sentezlemek ve protein oluştururken selenosistin yerleştirmek için özelleşmiş hücresel gereçlerinin de olduğu anlaşıldı. Bu aksesuarlar, diğer amino asitleri işlemek için gerekenlerle aynı tipti ve söz konusu alet-edevat arasında, UGA kodonunu tanıyan bir tRNA ile özel olarak selenosistin yerleştiren bir uzatma faktörü de mevcuttu.

Ama selenosistinin kodonunun başka bir anlama daha gelebiliyor olması pek hoş karşılanmadı. İşin ilginci, bu durumun bir benzeri, birkaç sene önce zaten fark edilmiş durumdaydı. Şöyle ki, metionin amino asitini kodlayan AUG kodonunun, bir anlamının da "protein sentezini başlat," olduğu anlaşılmıştı. İşi daha da karışıklaştıran şey, selenosistinin diğer amino asitlerden farklı işleniyor olmasıydı. Normalde tRNA'lar kendilerine özgü amino asitleri tutup, onları protein dizilimine eklenecekleri ribozoma taşırken; selenosistinin tRNA'sının fazladan bazı kimyasal etkileri beklemesi gerekiyordu. Selenosistin üreten bir kimyasal tepkime için omurga görevi görecek olan bir "serin"e tutunmalıydı. Ama en büyük sorun, doğada evrensel olarak bulunmamasıydı. Yakın zamanda yapılan genomik analizler, selenosistin insan da dahil hayvanlarda bulunurken, yaşam ağacının diğer dallarındaki üyelerin bazılarında olup, bazılarında olmadığını gösterdi. Örneğin bakterilerde, dizilenen genomların yaklaşık %15'i selenosistin yapıyor. Arkelerde, bir düzineye yaklaşan dizilenen genom arasından sadece ikisi üretiyor. Yüksek bitkilerde ve mayada ise yok.

Ve 22.Amino Asit: Pirrolisin

Pirrolisin amino asiti, 2002 yılında, metan üreten bir arke olan Methanosarcina barkeri'nin metil-transferaz enziminin aktif bölgesinde keşfedildi. Normalde durdurma kodonu olan UAG kodonu ile şifreleniyor. Pirrolisin amino asiti çok erken bir zamanda, Son Evrensel Ortak Ata'dan (SEOA) daha önce evrilmesine rağmen, şu anda çok ender bulunuyor. Şimdiye dek sadece yedi farklı organizmada (2 tür bakteri ve 5 tür arke; ortak özellikleri metilamine bağlı yaşamaları) saptandı; bu organizmalarda da sadece az sayıda gende mevcut.

Her amino asitin kendine özgü bir tRNA'sı ve aminoasil-tRNA sentetaz (aaRS) enzimi bulunur. İlgili aaRS enzimi, tRNA ile amino asitin bağlanmasını sağlar. Ardından tRNA molekülü amino asite bağlanır ve onu protein sentezlenme bölgesine getirir. 21.amino asit Selenosistin de kendi tRNA'sına sahiptir ama aaRS enzimi yoktur. O nedenle, "serin"in işe karışması gerekir, yukarıda söz ettiğimiz gibi. Pirrolisin ise kendi tRNA'sında da, kendi aaRS enzimine de sahiptir.