遺伝コードの起源について：複雑な64-コドン中間体の27コドン仮説的前駆体が現代のコードを形作った

現代の遺伝コードは、初期コドン間の特定の関係の多数の痕跡を明らかにしています。初期コドンは、その内部の非対称性とともに、原始RNA分子におけるヌクレオベースの連続的な外観を示唆しています。コードの起源で原始RNA分子間のトリプレットペアリングの仮説を維持すると、この作業は、トリプレット二重鎖の各位置で異なるペアリングオプションを想定している完全なコドン - 依存症相互作用マトリックスを体系的に調べます。これらの原理の適用は、短いペプチド合成の合理的なコーディング能力を持つ27コドン前駆体が、単一のプリンと2つのピリミジン（CとのGなど）の間に異なる自由エネルギーを持つ2つの異なるペアを形成できる原始的なRNA分子から始まる可能性があることを示唆しています。そしてu）。2番目のプリンが到着したときのコドンの位置1と2の同じペアリングオプションの保存（aなど）は、相互に関連したペアまたはコドンのグループで作られた64コドン中間コードを生成しました（ここでは複雑さとして指定されています）。現代のコードの標準的およびバリアント形式に見えるこの仮説スキームの多数の痕跡は、祖先のコドンントンティクドンデュプレックスが中心位置（ワトソンクリック）で高いエネルギーの組み合わせを必要とするが、よりエネルギーの少ないペアリングを必要とすることを曖昧さなしに示しています。最初のコドン位置（G•Uタイプ）。核酸塩基の連続的な外観と組み合わせて、予測されたコドンの複雑さにより、現代のコードとの単純な後方比較により、コーディングレパートリーの進化の段階的な再構築を可能にします。この再構築は、アミノ酸とTRNAシンテターゼの動員に関して顕著な内部一貫性を明らかにしています。コードは、アミノ酸のグループ（ALA、GLY、PRO、SER、およびTHR）で始まり、現在はすべてクラスII TRNAシンテターゼによって活性化されてから、最大14個の異なるアミノ酸をフルセットでエンコードできる中間期に達します。複雑なコドンの。この再構築で予測された最後の6アミノ酸の間の完全な偶然の一致と、タンパク質への遊離大気酸素の到着の推測作用は壮観であり、大きな酸化イベントの後にコードが現在の形に到達したことを示唆しています。

The modern genetic code reveals numerous traces of specific relationships between the early codons which, together with its internal asymmetries, suggest a sequential appearance of the nucleobases in primitive RNA molecules. Keeping the hypothesis of triplet pairings between primitive RNA molecules at the origin of the code, this work systematically examines complete codon-anticodon interaction matrices assuming distinct pairing options at each position of the triplet duplexes. Application of these principles suggests that a 27-codon precursor having a reasonable coding capacity for short peptide synthesis could have started with primitive RNA molecules able to form two distinct pairs with different free energies between a single purine and two pyrimidines (such as G with C and U). Conservation of the same pairing options at positions 1 and 2 of codons at the arrival of a second purine with distinct pairing preferences (such as A) generated a 64-codon intermediate code made of interrelated pairs or groups of codons (designated here as intricacy). The numerous traces of this hypothetical scheme that are visible in the standard and variant forms of the modern code demonstrate without ambiguity that the ancestral codon-anticodon duplexes required high energetic pairings at their central position (Watson-Crick) but tolerated less energetic pairings at the first codon position (G • U type). Combined with the sequential appearance of the nucleobases, the predicted codon intricacy allows a stepwise reconstruction of the evolution of the coding repertoire, by simple a posteriori comparison to the modern code. This reconstruction reveals a remarkable internal coherence in terms of amino acids and tRNA synthetases recruitment. The code started with a group of amino acids (Ala, Gly, Pro, Ser and Thr) that are now all activated by class II tRNA synthetases before reaching an intermediate period during which up to 14 distinct amino acids could be encoded by a full set of intricated codons. The perfect coincidence between the last 6 amino acids predicted in this reconstruction and the speculated action of the arrival of free atmospheric oxygen on proteins is spectacular, and suggests that the code has only reached its present form after the great oxidation event.