Si è scoperto che le proteine contengono 20 amminoacidi differenti, ma il DNA e l'RNA contengono ciascuno solo quattro diversi nucleotidi; in qualche modo, questi nucleotidi costituivano un codice genetico per gli amminoacidi. Un codice è un sistema di segnali o simboli ai quali viene attribuito, per convenzione, un significato preciso allo scopo di trasmettere un messaggio; nel caso del codice genetico, il contenuto nel DNA deve essere decodificato per sintetizzare una determinata proteina. La struttura primaria di ogni tipo di proteina è formata da una specifica disposizione lineare dei 20 differenti amminoacidi. Se ciascun nucleotide codificasse un amminoacido, alle quattro basi potrebbero corrispondere solo 4 amminoacidi. Se un amminoacido fosse codificato da 2 nucleotidi, ci sarebbe un massimo di 16 combinazioni possibili, non ancora sufficienti per codificare tutti e venti gli amminoacidi. perciò, proseguendo in questo calcolo, ogni amminoacido deve essere determinato da almeno 3 nucleotidi in sequenza; in questo modo si avrebbero 64 combinazioni possibili, sicuramente un numero più che sufficiente. Ogni combinazione è costituita quindi da una sequenza di tre nucleotidi (tripletta) e viene chiamata codone.
Gli scienziati che eseguirono i primi e fondamentali esperimenti per decifrare il codice furono il biochimico Nirenberg e il suo collega Matthaei.
La decifrazione del codice genetico ha richiesto lunghi studi
Nirenberg prese estratti cellulari di E. coli a cui aggiunse amminoacidi marcati radioattivamente e campioni di RNA prelevati da diversi organismi. Tutti i campioni di RNA stimolavano la sintesi proteica e le quantità di proteine radioattive prodotte erano piccole, ma misurabili.
Nirenberg e Matthaei provarono poi a inserire un RNA artificiale: se gli estratti cellulari di E. coli potevano leggere un messaggio estraneo a tradurlo in proteine, essi avrebbero potuto leggere anche un messaggio del tutto inventato dagli stessi scienziati. Il biochimico Ochoa aveva sviluppato un metodo per sintetizzare un lungo filamento di RNA mediante l'unione dei nucleotidi; con questa tecnica egli aveva prodotto in provetta un RNA che conteneva soltanto una base azotata, l'uracile, ripetuta più e più volte. Questa molecola di RNA fu chiamata "poli-U". IN 19 provette non si produsse alcun polipeptide radioattivo, ma nella 20esima, cui era stata aggiunta fenilalanina radioattiva, i ricercatori poterono osservare la formazione di catene polipeptidiche radioattive. Analizzando i polipeptidi, si vide che essi erano costituiti da catene di un solo amminoacido, la fenilalanina. Nirenberg e Matthaei avevano dettato il messaggio "uracile-uracile-uracile..." e a esso era seguita una risposta chiara: "fenilalanina...". L'esperimento non solo decifrò la prima "parola" del codice genetico (UUU=fenilalanina), ma suggerì un metodo per decifrare le altre parole.
I codoni ai quali corrisponde lo stesso amminoacido spesso differiscono solo per il terzo nucleotide, ed il codice viene per questo detto degenerato.
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