كودون التوقف

يوجد في الشفرة الوراثية القياسية ثلاثة أنواع مختلفة من كودونات الإنهاء:

توجد اختلافات في الشفرة الوراثية القياسية ، وقد تم العثور على كودونات توقف بديلة في جينومات الميتوكوندريا للفقاريات ، ^{[ 2 ]} و Scenedesmus obliquus ، ^{[ 3 ]} و Thraustochytrium . ^{[ 4 ]}

تتميز الشفرة الوراثية النووية بالمرونة، كما يتضح من الشفرات الوراثية المتغيرة التي تعيد تعيين كودونات التوقف القياسية للأحماض الأمينية. ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٨٦، قُدِّمت أدلة دامغة على أن السيلينوسيستين (Sec) يُدمج أثناء عملية الترجمة. علاوة على ذلك، حُدِّد الكودون الذي يُوجِّه جزئيًا دمجه في سلسلة الببتيد على أنه UGA، المعروف أيضًا باسم كودون إنهاء الأوبال. ^{[ ٦ ]} وقد حُدِّدت آليات مختلفة لتجاوز وظيفة الإنهاء لهذا الكودون في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. ^{[ ٧ ]} ويكمن أحد الاختلافات الرئيسية بين هاتين المملكتين في أن العناصر التنظيمية (cis elements) تبدو محصورة في جوار كودون UAG في بدائيات النوى، بينما لا يوجد هذا التقييد في حقيقيات النوى. بل يبدو أن هذه المواقع غير مفضلة، وإن لم تكن محظورة. ^{[ ٨ ]}

في عام 2003، وصفت ورقة بحثية رائدة تحديد جميع البروتينات السيلينية المعروفة في البشر: 25 بروتينًا في المجموع. ^{[ 9 ]} وقد أجريت تحليلات مماثلة لكائنات حية أخرى.

يمكن ترجمة كودون UAG إلى بيروليسين (Pyl) بطريقة مماثلة.

إن توزيع كودونات التوقف في جينوم الكائن الحي ليس عشوائيًا، وقد يرتبط بمحتوى GC . ^{[ 10 ] [ 11 ]} على سبيل المثال، يحتوي جينوم الإشريكية القولونية K-12 على 2705 كودون توقف TAA (63%)، و1257 كودون توقف TGA (29%)، و326 كودون توقف TAG (8%) (محتوى GC 50.8%). ^{[ 12 ]} كما أن ركائز كودونات التوقف، عامل الإطلاق 1 أو عامل الإطلاق 2، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بوفرة كودونات التوقف. ^{[ 11 ]} تُظهر دراسة واسعة النطاق للبكتيريا ذات نطاق واسع من محتوى GC أنه في حين أن تكرار حدوث TAA يرتبط عكسيًا بمحتوى GC، وتكرار حدوث TGA يرتبط طرديًا بمحتوى GC، فإن تكرار حدوث كودون التوقف TAG، الذي غالبًا ما يكون كودون التوقف الأقل استخدامًا في الجينوم، لا يتأثر بمحتوى GC. ^{[ 13 ]}

ارتبط التعرف على كودونات التوقف في البكتيريا بما يُسمى "مضاد الكودون ثلاثي الببتيد" ^{[ 14 ]} ، وهو نمط محفوظ للغاية من الأحماض الأمينية في RF1 (PxT) وRF2 (SPF). على الرغم من أن هذا مدعوم بدراسات بنيوية، فقد تبين أن فرضية مضاد الكودون ثلاثي الببتيد تبسيط مفرط. ^{[ 15 ]}

كانت هذه أول مجموعة من الطفرات غير المنطقية التي تم اكتشافها، وقد عزلها ريتشارد إتش. إبستين وتشارلز شتاينبرغ ، وسُميت على اسم صديقهما وطالب الدراسات العليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا هاريس بيرنشتاين، الذي يعني اسم عائلته " الكهرمان " باللغة الألمانية ( انظر بيرنشتاين ). ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

تتميز الفيروسات الحاملة لطفرات العنبر بقدرتها على إصابة سلالات معينة فقط من البكتيريا، تُعرف باسم مثبطات العنبر. تحمل هذه البكتيريا طفرة خاصة بها تسمح باستعادة وظيفة الفيروسات الطافرة. على سبيل المثال، تسمح طفرة في الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الذي يتعرف على كودون التوقف العنبري، لعملية الترجمة بتجاوز الكودون وإنتاج بروتين كامل الطول، وبالتالي استعادة الشكل الطبيعي للبروتين وكبح طفرة العنبر. ^{[ 19 ]} لذا، تُعد طفرات العنبر فئة كاملة من طفرات الفيروسات القادرة على النمو في البكتيريا التي تحتوي على طفرات مثبطات العنبر. كما تُعرف مثبطات مماثلة لكودونات التوقف المغرة والأوبال.

صُممت جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الحاملة لأحماض أمينية غير طبيعية للتعرف على كودون التوقف الكهرماني في الحمض النووي الريبوزي البكتيري. تتيح هذه التقنية دمج أحماض أمينية بديلة (مثل بارا -أزيدوفينيل ألانين ) في مواقع محددة من البروتين المستهدف.

كانت هذه ثاني طفرة توقف يتم اكتشافها. وقد أُطلق على هذه الطفرة اسم " المغرة " ، وهي صبغة معدنية برتقالية محمرة بنية اللون، وتُذكّر بلون الكهرمان المعتاد ذي اللون الأصفر البرتقالي المائل للبني. ^{[ 17 ]}

أظهرت فيروسات الطفرة المغرة خاصية مشابهة لطفرات العنبر، وهي استعادة قدرتها على العدوى داخل سلالات بكتيرية معينة ذات قدرة على كبح العدوى. وكانت مجموعة مثبطات الطفرة المغرة مختلفة عن مثبطات العنبر، لذا استُنتج أن طفرات الطفرة المغرة تُقابل ثلاثية نيوكليوتيدية مختلفة. ومن خلال سلسلة من تجارب الطفرات التي قارنت هذه الطفرات مع بعضها البعض ومع كودونات الأحماض الأمينية المعروفة الأخرى، خلص سيدني برينر إلى أن طفرات العنبر والمغرة تُقابل الثلاثيتين النيوكليوتيديتين "UAG" و"UAA". ^{[ 20 ]}

تم اكتشاف كودون التوقف الثالث والأخير في الشفرة الوراثية القياسية بعد ذلك بوقت قصير، وهو يقابل ثلاثية النيوكليوتيدات "UGA". ^{[ 21 ]}

استكمالاً لموضوع المعادن الملونة، عُرف الكودون الهراء الثالث باسم " أوبال " ، وهو نوع من السيليكا يظهر بألوان متنوعة. ^{[ 17 ]} أُطلق لاحقاً على الطفرات الهراء التي أدت إلى ظهور هذا الكودون الهراء المبكر اسم طفرات الأوبال أو طفرات اللون البني .

الطفرات غير المنطقية هي تغييرات في تسلسل الحمض النووي تُدخل كودون توقف مبكرًا، مما يؤدي إلى تقصير البروتين الناتج بشكل غير طبيعي. غالبًا ما يتسبب هذا في فقدان البروتين لوظيفته، حيث لا يتم تجميع الأجزاء الحيوية من سلسلة الأحماض الأمينية. ولهذا السبب، تُعرف كودونات التوقف أيضًا باسم كودونات الهراء .

الطفرة غير المتوقفة ، وتُسمى أيضًا طفرة فقدان كودون التوقف ، هي طفرة نقطية تحدث داخل كودون التوقف. تُسبب هذه الطفرات استمرار ترجمة سلسلة mRNA إلى منطقة يفترض أن تكون غير مترجمة. تفقد معظم عديدات الببتيد الناتجة عن جين يحمل طفرة غير متوقفة وظيفتها بسبب طولها المفرط وتأثيرها على الطي الطبيعي للبروتين. تختلف الطفرات غير المتوقفة عن الطفرات غير المنطقية في أنها لا تُنشئ كودون توقف، بل تحذفه. كما تختلف أيضًا عن طفرات الاستبدال ، وهي طفرات نقطية يتم فيها تغيير نيوكليوتيد واحد ليحل محله حمض أميني مختلف . وقد رُبطت الطفرات غير المتوقفة بالعديد من الأمراض الوراثية، بما في ذلك اضطرابات الغدد الصماء ^{[ 22 ]} ، وأمراض العيون ^{[ 23 ]} ، واضطرابات النمو العصبي ^{[ 24 ] [ 25 ]} .