Vol. 2° -  VII.2.

Come viene decifrato il codice genetico

La relazione esatta che lega i 64 codoni ai 20 aminoacidi fu determinata con esperimenti che si sono svolti prevalentemente nei laboratori di Marshall Nirenberg e Ghobind Khorana, e si dimostrò essenziale l’impiego di sistemi di sintesi proteica cell-free, contenenti ribosomi, tRNA vincolati ai propri aminoacidi e tutti i fattori proteici necessari alla sintesi dei polipeptidi.

Questi sistemi di sintesi cell-free, cioè senza cellule, erano assemblati a partire da componenti isolati e purificati di Escherichia coli. Per misurare l’incorporazione degli aminoacidi nelle proteine di nuova sintesi si deve ricorrere ad aminoacidi marcati radioattivamente.

La sintesi proteica avviene rapidamente per circa 15 minuti, quindi si arresta gradualmente perché l’mRNA dell’estratto di Escherichia coli si degrada. Se si aggiunge nuovo mRNA, la sintesi riprende e procede finché il nuovo mRNA non viene degradato.

Si dispone così di un metodo eccellente per saggiare le capacità codificanti degli mRNA sintetici. L’utilità del metodo risiede nel fatto che al sistema può venir aggiunto un unico tipo di mRNA, mettendo così in grado il ricercatore di analizzare i risultati di questa aggiunta sulla composizione del polipeptide prodotto. Gli mRNA utilizzati erano stati sintetizzati in laboratorio; la loro relativa semplicità ha fornito importanti informazioni sulle relazioni tra codoni e aminoacidi, che non sarebbe stato possibile ottenere con le popolazioni assai complesse degli mRNA naturali.

Uno degli approcci tesi a stabilire quali codoni specificassero i vari aminoacidi, è consistito nella sintesi di mRNA contenenti uno, due o tre tipi diversi di basi e nell’aggiungerli a sistemi di sintesi proteica cell-free, analizzando poi i polipeptidi prodotti in questi sistemi. Quando l’mRNA sintetico conteneva un unico tipo di nucleotide, i risultati erano certi.

Il poli(U)mRNA sintetico, ad esempio, dirigeva la sintesi di un polipeptide costituito di fenilalanine (catena di polifenilalanina). Dal momento che il codice genetico è a triplette, questo risultato indicava che UUU è un codone per la fenilalanina. Allo stesso modo, un poli(A)mRNA sintetico dirigeva la sintesi di una polilisina, e un poli(C) quella di poliprolina, indicando che AAA è un codone per lisina e che CCC è un codone per prolina. I risultati ottenuti coi poli(G) non furono conclusivi, dato che il poli(G) si ripiega su se stesso e non può pertanto venir tradotto in vitro.

Sono state messe a punto altre metodiche che si sono rivelate molto utili per chiarire il meccanismo della codifica proteica, ma nessuno dei singoli approcci ha permesso un’identificazione certa per tutti i codoni. Tuttavia l’informazione ottenuta mediante i diversi approcci sperimentali consentì di identificare tutti i codoni con un alto grado di sicurezza.