மரபணுவும் மரபணுக் குறியீட்டு முறையும் (Gene & Genetic Code)
ஏன் இது முக்கியம்? மரபணுக் குறியீடு உலகளாவியது என்பது மரபணு பொறியியலின் அடிப்படை — ஒரு பாக்டீரியாவில் மனித மரபணுவை செலுத்தினால் அதே புரதம் கிடைக்கும், ஏனென்றால் குறியீடு ஒன்றே.
64 கோட்டான்களில் 61 அமினோ அமிலங்களை குறிக்கின்றன; 3 நிறுத்த சமிக்ஞைகள் (UAA, UAG, UGA); AUG மட்டுமே தொடக்கம் — இந்த மூன்றை மட்டும் தெரிந்தால் மிகவும் உதவியாக இருக்கும்.
- புரோகரியோட்டிக், ய+கரியோட்டிக் மரபணுக்களின் (genes) இயல்பை விளக்குதல்.
- மரபணுக் குறியீட்டின் (genetic code) முப்படைத் தன்மை உட்பட அதன் இயல்புகளை விபரித்தல்.
- கோடோன் (codon), நிறுத்தல்/தொடக்கக் கோடோன், வாசிப்புச் சட்டகம் (reading frame), பொதுமை (universality) ஆகியவற்றின் முக்கியத்துவத்தை விளக்குதல்.
1. மரபணுவின் இயல்பு (The Nature of the Gene)
Gene on a chromosome
Wikipedia → · CC
1860 இல் கிரிகோர் மெண்டல் (Gregor Mendel) தாவரத்தின் இயல்புகளைக் கட்டுப்படுத்தும் காரணிகளைப் பரம்பரைக் காரணிகள் (hereditary factors) என அழைத்தார். இக்காரணிகள் இன்று மரபணுக்கள் (genes) எனும் பரம்பரையின் பௌதிக மற்றும் தொழிற்பாட்டலகுகளாக அடையாளம் காணப்பட்டுள்ளன; இவை நிறமூர்த்தங்களில் (chromosomes) தனித்துவமான அலகுகளாக அமைந்துள்ளன. ய+கரியோட்டுகளில் நிறமூர்த்தங்கள் இருமடியக் (diploid) கலங்களில் சோடிகளாகக் காணப்படுவதால் மரபணுக்களும் சோடிகளாக அமைகின்றன.
நிறமூர்த்தத்தில் ஒரு மரபணு அமைந்துள்ள இடம் அல்லது தானம் லோக்கசு (locus) என அழைக்கப்படும் (பன்மை loci). வெவ்வேறு நிறமூர்த்தங்களில் ஒரே லோக்கசில் அமைந்துள்ள ஒரு மரபணுவின் மாற்று வடிவங்கள் அலீல்கள் (alleles) எனப்படும். புரோகரியோட்டிக் மரபணுக்கள் வட்ட DNA மூலக்கூறில் தனித்த DNA பகுதிகளாக லோக்கசுகளில் அமைந்துள்ளன.
2. எக்சோன்களும் இன்ட்ரோன்களும் (Exons & Introns)
புரோகரியோட்டுகளில் நிறமூர்த்தத்திலுள்ள எல்லா DNA பகுதிகளும் தொழிற்படுபவையாகும். ஆனால் ய+கரியோட்டுகளில் DNA இன் பெரும் பகுதிக்கு அடையாளம் காணப்பட்ட தொழிலில்லை. மரபணுக்களுக்கு இடையே அமைந்துள்ள இத்தகைய DNA பகுதிகள் இடைமரபணு DNA (intergenic DNA) எனப்படும்.
மேலும் மரபணுக்களுக்கு உள்ளேயே ரான்ஸ்கிரிப்ஷனுக்கு உள்ளாகி, ஆனால் பல்பெப்ரைட்டாக (polypeptide) மொழிபெயர்க்கப்படாத தொடரிகளும் உள்ளன. ஆகவே மரபணுவின் டிரான்ஸ்கிரிப்டில் குழுக்குறிக்கும் தொடரிகள் (coding sequences) மற்றும் குழுக்குறிக்காத தொடரிகள் (non-coding sequences) இரண்டும் உள்ளன. மரபணுவினுள் குழுக்குறிக்காத தொடரிகள் இன்ட்ரோன்கள் (introns) எனவும், பல்பெப்ரைட்டுக்குக் குழுக்குறிக்கும் தொடரிகள் எக்சோன்கள் (exons) எனவும் அழைக்கப்படும். இந்த ஆரம்ப டிரான்ஸ்கிரிப்ட் ஒரு முன்-mRNA (pre-mRNA) ஆகும்; செயன்முறையின் (processing) போது இன்ட்ரோன்கள் வெட்டியகற்றப்பட்டு, எக்சோன்கள் இணைக்கப்பட்டு முதிர்ந்த mRNA உருவாகும்.
3. மரபணு வெளிப்பாடு (Gene Expression)
ஒரு மரபணு தொழிற்படும்போது அது ஒரு இயல்பைக் கட்டுப்படுத்துகிறது; இதனை மரபணு வெளிப்படுகிறது என்கிறோம். மரபணு வெளிப்பாடு (gene expression) என்பது ஒரு மரபணுவில் சேமிக்கப்பட்ட தகவலைப் பயன்படுத்தி ஒரு செயற்பாட்டு விளைபொருளை உருவாக்கும் செயன்முறையாகும். மரபணுவின் ஈற்று விளைபொருள் வழமையாக ஒரு பல்பெப்ரைட்டு ஆகும்; இது பொருத்தமான திரிபுகளுக்குப் (modifications) பின்னர் ஒரு புரதமாக மாறும். எனினும் rRNA, tRNA போன்ற சில RNA க்களும் ஈற்று விளைபொருளாகச் செயற்படுகின்றன.
மரபணுவில் சேமிக்கப்பட்ட தகவல் நேரடியாகப் பல்பெப்ரைட்டாக மாற்றப்படுவதில்லை; செய்திகாவும் RNA (messenger RNA / mRNA) எனும் இடைத்தரகர் மூலக்கூறு தேவை. பல்பெப்ரைட் தொகுப்பின் இரு படிகள்:
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் (Transcription): DNA தொடரியை mRNA ஆகப் பிரதிபண்ணல்.
- மொழிபெயர்ப்பு (Translation): mRNA இலுள்ள தகவலை அமினோ அமிலத் தொடரியாக மாற்றல்; இது இறைபோசோம்களுடன் (ribosomes) தொடர்புபட்டு நடைபெறும்.
4. மரபணுக் குறியீடு (The Genetic Code)
mRNA codons and the genetic code
Wikipedia → · CC
நியூக்கிளிக் அமிலத்தின் மொழியில் நான்கு எழுத்துகள் (நியூக்ளியோடைடுகள்) மட்டுமே உள்ளன; ஆனால் புரதத்தின் மொழியில் 20 எழுத்துகள் (அமினோ அமிலங்கள்) உள்ளன. ஒரு நியூக்ளியோடைடு ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறித்தால் நான்கு அமினோ அமிலங்களே குறிக்கப்படும். எனவே ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறிக்க நியூக்ளியோடைடுகளின் சேர்க்கை தேவை. சோதனை மூலம், அமினோ அமிலங்கள் மூன்றன் தொகுதி (triplet) நியூக்ளியோடைடு மூலங்களால் குறிக்கப்படுகின்றன என நிரூபிக்கப்பட்டது. எனவே மரபணுக் குறியீடு ஒரு முப்படைக் குறியீடு (triplet code) ஆகும். மூன்று எழுத்துச் சேர்க்கைகளில் 4³ = 64 சாத்தியங்கள் உள்ளன.
ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறிக்கும் அல்லது மொழிபெயர்ப்பின் நிறுத்தச் சைகையைத் தரும் mRNA இன் மூன்றன் தொகுதி நியூக்ளியோடைடு மூலங்களின் தொகுதி கோடோன் (codon) எனப்படும். எனவே மரபணுக் குறியீட்டில் 64 கோடோன்கள் உள்ளன.
5. மரபணுக் குறியீட்டின் இயல்புகள் (Properties of the Code)
| இயல்பு | Property | விளக்கம் |
|---|---|---|
| முப்படை | Triplet (codon) | மூன்று தொடர்ச்சியான நியூக்ளியோடைடுகள் (ஒரு கோடோன்) ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறிக்கும்; 4³ = 64 கோடோன்கள். |
| படியாத | Non-overlapping | மூன்றெழுத்துச் சொற்கள் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வாசிக்கப்படும்; ஒவ்வொரு நியூக்ளியோடைடும் ஒரே கோடோனுக்கே சொந்தம். |
| இடைவெளியற்ற | Comma-free | எல்லாச் சொற்களும் மூன்றெழுத்தாதலால் சொற்களைப் பிரிக்க இடைவெளி தேவையில்லை. |
| சுருக்கமான | Degenerate | 61 கோடோன்கள் 20 அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும்; ஒரு அமினோ அமிலம் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட கோடோன்களால் குறிக்கப்படலாம்; மூன்றாம் எழுத்தில் தடுமாற்றம் (wobble). |
| பொதுமை | Universal | ஏறத்தாழ எல்லா அங்கிகளும் ஒத்த மரபணுக் குறியீட்டைக் கொண்டுள்ளன — மீள்சேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படை. |
64 கோடோன்களில் 61 கோடோன்கள் 20 அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும். ஏனைய 3 கோடோன்கள் மொழிபெயர்ப்பின் நிறுத்தச் சைகையாகப் (Stop / Termination codons) பயன்படும்: UAA, UAG, UGA. AUG கோடோன் மெதியோனைனைக் (Methionine / Met) குறித்து, மொழிபெயர்ப்பு அக்கோடோனில் ஆரம்பிக்க தொடக்கக் கோடோனாக (Start Codon) செயற்படும். எனவே அனைத்துப் புரதங்களினதும் முதலாவது அமினோ அமிலம் மெதியோனைன் ஆகும்; ஆனால் மொழிபெயர்ப்பின் பின்னர் நொதியச் செயற்பாட்டால் இது அகற்றப்படலாம்.
6. வாசிப்புச் சட்டகமும் பொதுமையும் (Reading Frame & Universality)
Open reading frame
Wikipedia → · CC
செய்தியைத் திருத்தமாக வாசிக்க ஒரு தொடக்கப்புள்ளி, ஒரு முடிவுப்புள்ளி, மற்றும் எழுத்துகளின் சரியான தொடரி அடையாளம் காணப்பட வேண்டும். இது வாசிப்புச் சட்டகம் (reading frame) எனப்படும். புரதத் தொகுப்பு இயந்திரத்தொகுதி திட்டவட்டமான இடங்களில் ஆரம்பித்து முடித்து, கோடோன்களை ஒன்றன் பின் ஒன்றாகப் படியாமல் வாசிக்கும். வாசிப்பு தவறான இடத்தில் ஆரம்பித்தாலோ, ஒரு எழுத்து விடுபட்டாலோ அல்லது சேர்க்கப்பட்டாலோ அப்புள்ளியிலிருந்து தவறான செய்தி வாசிக்கப்பட்டு தவறான பல்பெப்ரைட் தொகுக்கப்படும். மரபுரீதியாக வாசிப்பு எப்போதும் இடமிருந்து வலமாக அமையும்.
The Genetic Code
Amoeba Sisters
- அலீல் / Allele
- லோக்கசு (locus) / Locus
- ஒப்பெரான் / Operon
- கோடோன் / Codon
- எக்சோன் / Exon
பதில் / Answer
- எக்சோன்கள் / Exons
- இன்ட்ரோன்கள் / Introns
- அலீல்கள் (alleles) / Alleles
- கோடோன்கள் / Codons
- ஒப்பெரான்கள் / Operons
பதில் / Answer
- எக்சோன்கள் / Exons
- இன்ட்ரோன்கள் (introns) / Introns
- இடைமரபணு DNA / Intergenic DNA
- கோடோன்கள் / Codons
- -
பதில் / Answer
- இன்ட்ரோன்கள் / Introns
- எக்சோன்கள் (exons) / Exons
- இடைமரபணு DNA / Intergenic DNA
- ஒப்பெரான் / Operon
- -
பதில் / Answer
- எக்சோன்கள் அகற்றப்படும் / Exons are removed
- இன்ட்ரோன்கள் வெட்டியகற்றப்பட்டு எக்சோன்கள் இணைக்கப்படும் / Introns excised, exons joined
- மரபணு இரட்டிக்கும் / Gene duplicates
- கோடோன் மாறும் / Codon changes
- -
பதில் / Answer
- அலீல் / Allele
- ஒப்பெரான் (operon) / Operon
- லோக்கசு / Locus
- கோடோன் / Codon
- -
பதில் / Answer
- DNA
- பல்பெப்ரைட்டு / Polypeptide
- லிப்பிட் / Lipid
- மாப்பொருள் / Starch
- -
பதில் / Answer
- tRNA
- rRNA
- mRNA
- DNA பொலிமரேசு / DNA polymerase
- -
பதில் / Answer
- மொழிபெயர்ப்பு / Translation
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் (transcription) / Transcription
- இரட்டிப்பாக்கல் / Replication
- செயன்முறை / Processing
- -
பதில் / Answer
- ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் / Transcription
- மொழிபெயர்ப்பு (translation) / Translation
- இரட்டிப்பாக்கல் / Replication
- சிறைச்சேர்க்கை / Splicing
- -
பதில் / Answer
- 20
- 4
- 64
- 61
- 3
பதில் / Answer
- 4
- 20
- 64
- 61
- 16
பதில் / Answer
- ஒரெழுத்து / Singlet
- இரெழுத்து / Doublet
- முப்படை (triplet) / Triplet
- நாலெழுத்து / Quadruplet
- -
பதில் / Answer
- 16
- 20
- 61
- 64
- 32
பதில் / Answer
- 64
- 61
- 20
- 3
- 60
பதில் / Answer
- 1
- 2
- 3
- 4
- 61
பதில் / Answer
- AUG, UAA, UAG
- UAA, UAG, UGA
- AUG, GUG, UGA
- UUU, AAA, GGG
- UAC, AUG, UGG
பதில் / Answer
- UAA
- UGA
- AUG
- UAG
- GGC
பதில் / Answer
- கிளைசின் / Glycine
- மெதியோனைன் (methionine) / Methionine
- லியூசின் / Leucine
- வேலின் / Valine
- -
பதில் / Answer
- கிளைசின் / Glycine
- மெதியோனைன் / Methionine
- அலனைன் / Alanine
- லைசின் / Lysine
- -
பதில் / Answer
- படியாத / Non-overlapping
- சுருக்கமான (degenerate) / Degenerate
- பொதுமை / Universal
- முப்படை / Triplet
- -
பதில் / Answer
- முதலாம் எழுத்து / First letter
- இரண்டாம் எழுத்து / Second letter
- மூன்றாம் எழுத்து / Third letter
- எந்த இடமும் / Any position
- -
பதில் / Answer
- படியாத (non-overlapping) / Non-overlapping
- சுருக்கமான / Degenerate
- பொதுமை / Universal
- -
- -
பதில் / Answer
- கோடோன் / Codon
- வாசிப்புச் சட்டகம் (reading frame) / Reading frame
- லோக்கசு / Locus
- ஒப்பெரான் / Operon
- -
பதில் / Answer
- வலமிருந்து இடம் / Right to left
- இடமிருந்து வலம் / Left to right
- மேலிருந்து கீழ் / Top to bottom
- எத்திசையும் / Any direction
- -
பதில் / Answer
- எந்த விளைவும் இல்லை / No effect
- அப்புள்ளியிலிருந்து தவறான செய்தி வாசிக்கப்படும் / Wrong message is read from that point
- DNA இரட்டிக்கும் / DNA duplicates
- கோடோன் நீளம் மாறும் / Codon length changes
- -
பதில் / Answer
- சுருக்கமான / Degenerate
- பொதுமை (universality) / Universality
- முப்படை / Triplet
- படியாத / Non-overlapping
- -
பதில் / Answer
- நொதியவியல் / Enzymology
- மீள்சேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பம் / Recombinant DNA technology
- நுண்ணோக்கி / Microscopy
- படிகவியல் / Crystallography
- -
பதில் / Answer
- சுருக்கமான / Degeneracy
- பொதுமை / Universality
- படியாத / Non-overlapping
- முப்படை / Triplet
- -
பதில் / Answer
- நிறமூர்த்தங்கள் சோடிகளாக அமைவதால் / Chromosomes occur in pairs
- கோடோன்கள் முப்படையானதால் / Codons are triplets
- mRNA இரட்டையானதால் / mRNA is double
- இன்ட்ரோன்கள் இருப்பதால் / Introns are present
- -
பதில் / Answer
- நேர்க்கோட்டு DNA / Linear DNA
- வட்ட DNA / Circular DNA
- ஒற்றை இழை DNA / Single-stranded DNA
- RNA
- -
பதில் / Answer
- லோக்கசு (locus) மற்றும் அலீல் (allele) ஆகியவற்றை வரையறுக்க. / Define locus and allele. (2)
- எக்சோன்களையும் இன்ட்ரோன்களையும் வேறுபடுத்திக் கூறுக. / Distinguish between exons and introns. (2)
- கோடோன் என்றால் என்ன? மரபணுக் குறியீட்டில் எத்தனை கோடோன்கள் உள்ளன, அவற்றுள் எத்தனை நிறுத்தல் கோடோன்கள்? / What is a codon? How many codons are there, and how many are stop codons? (3)
- மரபணுக் குறியீட்டின் "பொதுமை" இயல்பின் ஒரு பயன்பாட்டுக் கூறுக. / State one application of the universality of the genetic code. (3)
மாதிரி விடை / Model answer
(ஆ) எக்சோன்கள் — பல்பெப்ரைட்டுக்குக் குழுக்குறிக்கும் தொடரிகள் (mRNA இல் தங்கும்); இன்ட்ரோன்கள் — குழுக்குறிக்காத தொடரிகள் (செயன்முறையின் போது வெட்டியகற்றப்படும்). (2)
(இ) கோடோன் — ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறிக்கும் அல்லது நிறுத்தச் சைகை தரும் mRNA இன் மூன்றன் தொகுதி நியூக்ளியோடைடுகள்; மொத்தம் 64 கோடோன்கள்; அவற்றுள் 3 நிறுத்தல் கோடோன்கள் (UAA, UAG, UGA). (3)
(ஈ) பொதுமையால் ஓர் அங்கியின் மரபணு வேறு அங்கியில் அதே புரதத்தை வெளிப்படுத்தும்; எ.கா. பற்றீரியாவால் மனித இன்சுலின் உற்பத்தி (மீள்சேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பம்). (3)
மரபணுக் குறியீட்டின் (genetic code) இயல்புகளை விளக்கி, தொடக்க/நிறுத்தல் கோடோன்கள் மற்றும் வாசிப்புச் சட்டகத்தின் முக்கியத்துவத்தை விபரிக்க. / Explain the properties of the genetic code and describe the importance of start/stop codons and the reading frame.
விடைக் குறிப்புகள் / Answer outline
• படியாத + இடைவெளியற்ற — கோடோன்கள் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக, இடைவெளியின்றி வாசிக்கப்படும்.
• சுருக்கமான (degenerate) — 61 கோடோன்கள் 20 அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும்; மூன்றாம் எழுத்தில் தடுமாற்றம்.
• தொடக்கக் கோடோன் AUG (மெதியோனைன்) — மொழிபெயர்ப்பு ஆரம்பம்; நிறுத்தல் கோடோன்கள் UAA, UAG, UGA — மொழிபெயர்ப்பு முடிவு.
• வாசிப்புச் சட்டகம் — சரியான தொடக்கப்புள்ளி + திசை (இடமிருந்து வலம்); எழுத்து சேர்த்தல்/விடுபடல் தவறான பல்பெப்ரைட்டை உருவாக்கும்.
• பொதுமை — எல்லா அங்கிகளும் ஒரே குறியீடு; மீள்சேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படை (மனித இன்சுலின்).
பதில் / Show answer
பதில் / Show answer
பதில் / Show answer
பதில் / Show answer
- மரபணு = புரதத்திற்கான குறியீட்டுத் தொடர்.
- codon = மும்மை காரம்; 64 codon; தொடக்கம் AUG.
- குறியீடு சிதைவுற்றது (degenerate) + உலகளாவியது.