¿Por qué AUG y ningún otro codón se convirtió en el codón de inicio?

No siempre es el caso de que AUG sea el codón de inicio o que fMet sea el primer aminoácido. Para los experimentos originales para determinar el código genético de Khorana, Nirenberg y Leder, pudieron sintetizar péptidos sin usar un codón de inicio AUG.

El codón de inicio no es el típico metionil-tRNA sino el N-formil-metionil-tRNA (fMet-tRNA). Por lo que puedo decir, el N-formil-metionil-tRNA es reconocido por el Factor de Iniciación 2 (IF2)

Aquí está el camino para el eucariota IF2. El procariota IF2 funciona de manera ligeramente diferente pero con la misma idea general.
Si tuviera que adivinar por qué el fMet-tRNA es importante y específico, es el único tRNA que comienza en el sitio P donde todos los demás tRNA entran en el sitio A. Por qué es así, no tengo ni idea, pero me imagino que los nuevos datos de molécula única y cyro-EM en la traducción deberían proporcionar algunas pistas.

Puedo imaginar todo tipo de formas de cambiar la especificidad del fMet-tRNA. Los experimentos de bioquímica han podido hacer que el fMet-tRNA se convierta en un tRNA iniciador en un tRNA de alargamiento. Me imagino que puede intercambiar los dominios para convertir otro ARNt en un ARNt iniciador. [1]

Los experimentos de reemplazo de metionina han demostrado que el fMet-tRNA cargará aminoácidos no naturales. Este es un método bastante común para la incorporación de aminoácidos no naturales. Finalmente, me imagino que cambiar el anticodón de CAU sería suficiente para que el fMet-tRNA ya no sea específico de AUG.

De vuelta a la pregunta. ¿Por qué AUG y por qué metionina? Como sugirió el usuario de Quora, probablemente sea por casualidad. Sin embargo, la especificidad parece provenir del fMet-tRNA que es reconocido por los factores de iniciación y que el tRNA reconoce AUG y metionina. Ciertamente no tiene que ser así.

[1] Mutantes de Escherichia coli formylm … [Proc Natl Acad Sci US A. 1987]

Para empezar, AUG no es el único codón de inicio en la síntesis de proteínas, muchos organismos permiten el uso alternativo de GUG o UUG.
Pero, hasta donde yo sé, esta especificidad en los codones de inicio puede explicarse por la hipótesis del bamboleo.

Watson y Crick propusieron la hipótesis del bamboleo para explicar la degeneración del código genético. Establece tres puntos principales:

  • Las dos primeras bases del codón en el ARNm siempre forman un fuerte emparejamiento de bases de Watson y crick con las bases complementarias del anticodón en el ARNt y confieren la mayor parte de su especificidad.
  • La primera base en el anticodón del tRNA determina la especificidad de unión del tRNA y el número de codones reconocidos por él:

1. Si la primera base es A o C, la unión es muy específica y el ARNt reconoce solo un nucleótido (U y G respectivamente)
2.Si la primera base es G o U, la unión es menos específica y el ARNt reconoce dos nucleótidos (C o U para G y A o G para U)
3. Si la primera base es I (inositina, un nucleótido modificado), entonces el emparejamiento es menos específico y el ARNt reconoce tres nucleótidos (A o C o U)

  • Se requieren un total de 32 tRNA para reconocer 61 codones (excluyendo los codones de parada)

Para responder a su pregunta, considere el segundo punto de la hipótesis.
Para un emparejamiento de bases muy específico, la primera base en el anticodón debe ser A o C, que cumple AUG, UUG y GUG.
Por lo tanto, para la estabilidad en la síntesis de proteínas, el codón de inicio es siempre AUG y rara vez GUG o UUG.

El proceso de traducción es un poco sofisticado, cuando el proceso de traducción comienza necesita alguna señal para iniciar el proceso y los codones AUG son el codón que da la señal para iniciar el proceso.

Es como cuando va al mercado siempre comenzará a comprar en la tienda que le es más familiar.