La degeneración o redundancia [1] de codones es la redundancia del código genético , manifestada como la multiplicidad de combinaciones de codones de tres pares de bases que especifican un aminoácido. La degeneración del código genético es la que explica la existencia de mutaciones sinónimas . [2] : Capítulo 15
Lagerkvist identificó la degeneración del código genético. [3] Por ejemplo, los codones GAA y GAG especifican el ácido glutámico y exhiben redundancia; pero ninguno especifica ningún otro aminoácido y, por lo tanto, no son ambiguos ni demuestran ninguna ambigüedad.
Los codones que codifican un aminoácido pueden diferir en cualquiera de sus tres posiciones; sin embargo, la mayoría de las veces esta diferencia se sitúa en la segunda o tercera posición. [4] Por ejemplo, el aminoácido ácido glutámico se especifica mediante los codones GAA y GAG (diferencia en la tercera posición); el aminoácido leucina se especifica mediante los codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG (diferencia en la primera o tercera posición); y el aminoácido serina se especifica mediante UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (diferencia en la primera, segunda o tercera posición). [2] : 521–522
La degeneración se produce porque hay más codones que aminoácidos codificables. Por ejemplo, si hubiera dos bases por codón, entonces sólo se podrían codificar 16 aminoácidos (4²=16). Debido a que se requieren al menos 21 códigos (20 aminoácidos más la parada) y el siguiente mayor número de bases es tres, entonces 4³ da 64 codones posibles, lo que significa que debe existir alguna degeneración. [2] : 521–522
Se dice que una posición de un codón es un sitio degenerado n veces si sólo n de cuatro posibles nucleótidos (A, C, G, T) en esta posición especifican el mismo aminoácido. Una sustitución de nucleótidos en un sitio degenerado 4 veces es siempre una mutación sinónima sin cambio en el aminoácido. [2] : 521–522
Un sitio menos degenerado produciría una mutación no sinónima en algunas de las sustituciones. Un ejemplo (y el único) sitio degenerado triplemente es la tercera posición de un codón de isoleucina . AUU, AUC o AUA codifican isoleucina, pero AUG codifica metionina . En cálculo, esta posición a menudo se trata como un sitio doblemente degenerado. [ ¿por qué? ] [2] : 521–522
Se dice que una posición no es degenerada si cualquier mutación en esta posición cambia el aminoácido. Por ejemplo, las tres posiciones del AUG de la metionina no son degeneradas, porque el único codón que codifica la metionina es el AUG. Lo mismo ocurre con las UGG de triptófano. [2] : 521–522
Hay tres aminoácidos codificados por seis codones diferentes: serina , leucina y arginina . Sólo dos aminoácidos están especificados por un único codón cada uno. Uno de ellos es el aminoácido metionina , especificado por el codón AUG, que también especifica el inicio de la traducción; el otro es triptófano , especificado por el codón UGG.
Estas propiedades del código genético lo hacen más tolerante a las mutaciones puntuales . Por ejemplo, en teoría, los codones cuádruples degenerados pueden tolerar cualquier mutación puntual en la tercera posición, aunque el sesgo en el uso de codones restringe esto en la práctica en muchos organismos; Los codones dobles degenerados pueden resistir la mutación silenciosa en lugar de las mutaciones puntuales sin sentido o sin sentido en la tercera posición. Dado que las mutaciones de transición (purina a purina o pirimidina a pirimidina) son más probables que las mutaciones de transversión (purina a pirimidina o viceversa), la equivalencia de purinas o pirimidinas en sitios doblemente degenerados añade una mayor tolerancia a fallas. [2] : 531–532
Una consecuencia práctica de la redundancia es que algunos errores en el código genético causan sólo una mutación sinónima, o un error que no afectaría a la proteína porque la hidrofilicidad o hidrofobicidad se mantiene mediante una sustitución equivalente de aminoácidos ( mutación conservadora ). Por ejemplo, un codón de NUN (donde N = cualquier nucleótido) tiende a codificar aminoácidos hidrofóbicos, NCN produce residuos de aminoácidos que son de tamaño pequeño y de hidropatía moderada, y NAN codifica residuos hidrofílicos de tamaño promedio. [5] [6] Estas tendencias pueden resultar de la ascendencia compartida de las aminoacil tRNA sintetasas relacionadas con estos codones.
Estos códigos variables para aminoácidos están permitidos debido a las bases modificadas en la primera base del anticodón del ARNt, y el par de bases formado se denomina par de bases oscilantes . Las bases modificadas incluyen inosina y el par de bases UG sin Watson-Crick. [7]