Codontabellen und die Wobble-Hypothese

Dies ist eine gute Frage, denn obwohl die Codon-Nutzung in höheren Eukaryoten nicht unbedingt mit der Translationseffizienz korreliert, ist dies in Escherichia coli in hohem Maße der Fall (siehe z . B. Boël et al. , 2016 ). Die Antwort ist nicht einfach, aber das Folgende kann dazu beitragen.

Zur Optimierung der Stärke der Basenpaarung

Obwohl „Wobble“ unter bestimmten Umständen einer tRNA erlaubt, mehr als ein Codon zu dekodieren (siehe Diagramm in meiner Antwort auf Redundanz und den generischen Code ), ist die Stärke der Basenpaarung für das Wobble-Basenpaar geringer: Es wurde vorgeschlagen, dass dies der Fall wäre im Allgemeinen das degenerierte Codon, das durch Wobble decodiert werden muss, benachteiligen (und daher das Auftreten davon verringern). (In einigen Fällen könnte eine Wobble-Wechselwirkung von Vorteil sein, wenn die ersten beiden Codonbasen G oder C sind, damit die Wasserstoffbrückenbindung nicht zu stark ist.)

Nutzung des Spektrums von tRNAs, die in der Lage sind, degenerierte Codons zu decodieren

Obwohl Wobble eine Reduzierung der Gesamtzahl an tRNAs ermöglicht, die zur Entschlüsselung der 61 Aminosäure-Codons erforderlich sind, existieren oft zusätzliche tRNAs, die man als unnötig ansehen könnte. Wenn außerdem drei Codons von einer tRNA mit einem 5'-I (Inosin) decodiert werden, hat die andere tRNA manchmal ein 5'-G (statt A) und kann daher zwei Codons decodieren. Dies wird durch die E.coli - tRNAs für Threonin veranschaulicht: Somit könnte die relative Häufigkeit dieser drei Thr-tRNAs die Codonverwendung bestimmen, und Dong et al., 1996 berichteten, dass dies der Fall ist.

Um den gesamten GC-Gehalt des Genoms widerzuspiegeln

Wenn das Genom eines prokaryotischen Organismus eine bestimmte Basenzusammensetzung hat, wird die mRNA notwendigerweise diese Basenzusammensetzung in ihrer Codon-Verwendung widerspiegeln, weil es so wenig nicht-codierende genomische DNA gibt. Sie fragen sich vielleicht, warum die Basenzusammensetzung des Genoms nicht nur die der synonymen Codons widerspiegelt, aber es gibt tatsächlich einen starken Druck auf den GC-Gehalt von prokaryotischen und viralen Genomen. Bei manchen Bakterien kann dies den Bedarf an thermischer Stabilität widerspiegeln, aber bei anderen scheint es eine zufällige Drift zu sein ( siehe z. B. Biologie SE-Fragen zum GC-Gehalt von Genomen ).

Die Codon-Nutzung ist nicht unbedingt mit der Übersetzungseffizienz verbunden, wie Ihr Beispiel veranschaulichen würde. Obwohl die Kontrolle der Translationseffizienz und -genauigkeit einer der bekannten Gründe für die Existenz der Codon-Verwendung ist, gab es andere Hypothesen, die sie mit asymmetrischen Mutageneseraten und dem gesamten GC-Gehalt in Verbindung bringen (siehe „Warum existiert eine Verzerrung der Codon-Verwendung?“ Novoa & de Poupana, 2012 ).

Aus demselben Artikel:

Die Suche nach einer Korrelation zwischen tRNA-Häufigkeit und Codon-Nutzung war jedoch nur bei einigen Organismen erfolgreich [5, 34]. Bei mehreren Arten, einschließlich vieler Bakterien und Eukaryoten, ist diese Suche fehlgeschlagen [35, 36], was zu der Annahme führt, dass bei letzteren Organismen die Translationseffizienz möglicherweise nicht der primäre Faktor ist, der die Codonverwendung beeinflusst [36, 37]. Es wurde jedoch kürzlich berichtet, dass zwei unterschiedliche Modifikationen an der Wobble-Position bestimmter Anticodons der Kern dieses offensichtlichen Mangels an Korrelation sind [28].