Kodón je sekvencia troch nukleotidov (nazývaných v tejto súvislosti triplet) v molekule DNA alebo mRNA, ktoré určujú zaradenie konkrétnej aminokyseliny do polypeptidového reťazca. Určitý kodón kóduje len jednu aminokyselinu, avšak určitá aminokyselina môže byť kódovaná viacerými, rôznymi kodónmi, napríklad arginín, serín a leucín sú kódované každá až šesticou rôznych kodónov. Kodóny kódujúce tú istú aminokyselinu sa nazývajú synonymné; mutácia, ktorá zmení kodón na iný synonymný kodón, sa nazýva tichá mutácia.

Kodóny sa v DNA vyskytujú na tzv. pozitívnom z dvoch komplementárnych reťazcov génu, a na mRNA. Sekvencia mRNA sa však odlišuje od pozitívneho reťazca génu tým, že namiesto tymínu sa v nej nachádza báza uracil. Funkcia kodónu spočíva v tom, že v procese translácie sa naň pripojí antikodón, čo je sekvencia troch komplementárnych báz v molekule tRNA. Po tomto spárovaní tRNA, ktorá daný antikodón nesie, pripojí svoju aminokyselinu k tvoriacemu sa peptidovému reťazcu.

Väčšina kodónov je čítaná v rôznych organizmoch od baktérií až po človeka rovnako. Hovoríme preto o tzv. univerzálnom genetickom kóde. Existujú však aj takzvané minoritné kodóny, ktoré sa vyskytujú zriedkavo a sú špecifické pre niektoré skupiny organizmov alebo pre niektoré bunkové organely.

Špeciálny typ kodónu:

• Iniciačný (AUG) - označuje začiatok pre syntézu bielkovín pri translácii a kóduje bielkovinu metionín

• Terminačný (UGA, UAA, UAG) - označuje koniec syntézy bielkovín pri translácii a nekóduje žiadnu bielkovinu. UAG však môže byť niekedy čítaný ako kodón pre selenocysteín.

Použitie kodónov

Zastúpenie synonymných kodónov v génoch rôznych organizmoch nie je rovnomerné. Prokaryoty a eukaryoty sa líšia frekvenciou výskytu určitých kodónov a táto frekvencia priamo súvisí s množstvom príslušnej aminoacyl tRNA prítomnej v cytoplazme, čím ovplyvňuje rýchlosť translácie. Najzastúpenejšie kodóny sa preto vyskytujú v génoch s vysokým stupňom expresie, kým minoritné, alebo nezvyčajné kodóny sú najviac zastúpené v génoch s nízkou hladinou expresie. Toto rozdielne použitie kodónov (v angličtine "codon usage") spôsobuje problémy pri produkcii rekombinantných proteínov. Rekombinantné gény pochádzajúce z eukaryotov alebo archeí však obsahujú vo veľkom množstve kodóny, ktoré sú pre pôvodné organizmy často zastúpené, ale pre baktérie sú minoritné.^[1] Ako limitujúci faktor v bakteriálnej expresii niektorých cicavčích génov v E. coli sa ukázala byť minoritná arginínová tRNA, pretože kodóny AGA a AGG nie sú v E. coli príliš často používané.^[2] Tieto rozdiely v používaní kodónov medzi druhmi ovplyvňujú kvantitu, ale aj kvalitu proteínov produkovaných hostiteľmi. Keď nie je včas k dispozícií aminoacyl tRNA s vhodným antikodónom, ribozóm sa pravdepodobne zastaví.^[3] Niektorí autori^[4] zistili, že inhibícia translácie je silnejšia, keď sú minoritné kodóny umiestnené blízko 5’ konca danej mRNA, ďalší^[5] uviedli, že tandem AGG tripletov spôsobil podstatnú inhibíciu génovej expresie nezávisle od jej umiestnenia v mRNA.

Tento problém má potenciálne dve riešenia: zmena kodónov v expresnom vektore, aby zodpovedala kodónom najčastejšie používaným E. coli, alebo expresia príslušných tRNA génov súčasne s rekombinantným génom.^[6] Na koexpresiu tRNA pre vzácne kodóny bol vyvinutý expresný kmeň Rosetta. Existujú ale aj výnimky, napríklad expresia vírusového génu ICP4, ktorá zostávala neúčinnou aj po použití oboch vyššie uvedených postupov, alebo naopak bola zistená dostatočne účinná expresia aj tých génov, ktoré obsahovali minoritné kodóny pre E. coli. Hoci tieto výsledky mohli byť skreslené ďalšími premennými, do dnešného dňa nebolo možné sformulovať všeobecné a jednoznačné pravidlá na zastúpenie kodónov pre účinnú expresiu každého génu v E. coli.^[4][1]

Referencie

1. ↑ ^{a b} KANE, J. F. Effects of rare codon clusters on high-level expression of heterologous proteins in Escherichia coli. In Curr. Opin. Biotechnol. 1995, roč. 6, s. 494–500
2. ↑ CHEN, G.-F. T., INOUYE, M. 1994. Role of the AGA/AGG codons, the rarest codons in global gene expression in Escherichia coli. In Genes Dev. 1994, roč. 8., s. 2641–2652
3. ↑ MCNULTY, D., E., CLAFFEE, B. A., HUDDLESTON, M. J., KANE, J. F. 2003. Mistranslational errors associated with the rare arginine codon CGG in Escherichia coli. In Protein Expr. Purif. ISSN 1096-0279, 2003, roč. 27, s. 365–374
4. ↑ ^{a b} GOLDMAN, E., ROSENBERG, A. H., ZUBAY, G., STUDIER, F. W. 1995. Consecutive low-usage leucine codons block translation only when near the 5´ end of a message in Escherichia coli. In J. Mol. Biol. ISSN 0021-9258, 1995, roč. 245, s. 467–473
5. ↑ IVANOV, I., ALEXANDROVA, R., DRAGULEV, B. SARAFFOVA, A., ABOUHAIDAR, M. G. 1992. Effect of tandemly repeated AGG triplets on the translation of CAT-mRNA in E. coli. FEBS Lett. 1992, roč. 307, s. 173–176
6. ↑ PENG, L., XU, Z., FANG, X., WANG, F., YANG, S., CEN, P. Preferencial codons enhancing the expression level of human beta- defensin-2 in recombinant Escherichia coli. In Protein and Peptides Letters. 2004, roč. 11, č. 4, s. 339-344

Chemický portál Biologický portál