DNR turi genetinį kodą, bet kas tai skaito? „Geno mašinos autorius“ paaiškina

Kaip pagrindinė DNR yra sau, garsus dvigubas spiralė yra pagrindinis biologijos tyrimas visame pasaulyje. Tačiau šios pagrindinės molekulės negali dirbti vieni. DNR saugo šaltinio kodą ir duomenis, kad sukurtų savo kūnus, ir jo atradimas atveria duris į daugybę naujų tyrimų sričių, įskaitant klausimą: „Kas mašina skaito mūsų kodą?“

Nobelio premijos laureatas biologas Venki Ramakrishnan atima kelionę, kad atsakytų į šį klausimą Genų mašina: lenktynės, skirtos iššifruoti Ribosomo paslaptis. Jis išreiškia savo ambicingą kelionę neaiškumo akivaizdoje, paaiškindamas ne tik aiškų aiškumą, bet ir perspektyvą apie sudėtingą politiką, susijusią su pažinimo siekiu nuolankumu.

Žemiau yra ištrauka iš Genų mašina, kurią šią savaitę paskelbė pagrindinės knygos.

Atsiranda iš pirminės miglos

Kaip gyvenimas prasidėjo, yra vienas iš likusių biologijos paslapčių. Visam gyvenimui reikalinga tam tikra energija tinkamoje cheminėje aplinkoje. Kai kurie žmonės nurodė, kad daugybė chemijos, kurią naudoja gyvenimas, yra panaši į chemiją, kuri vyksta vandenynų geoterminių angų kraštuose. Net jei tai yra tik atsitiktinumas, kaip kiti teigė, naudinga galvoti apie tai, kokios sąlygos leido gyventi. Bet iš esmės gyvenimas yra daugiau nei cheminių reakcijų rinkinys; tai gebėjimas saugoti ir atgaminti genetinę informaciją tokiu būdu, kuris leidžia sudėtingoms gyvenimo formoms vystytis iš labai primityvių. Pagal šį kriterijų nėra abejonių, kad net ir virusai yra gyvi, nors žmonės jį apklaustų, nes jiems reikia dauginti ląstelės. Tačiau kas nors, kuris serga nuo viruso ir patyrė savo kūną kovodamas su infekcija, neabejoja, kad virusai yra gyvi.

Problema buvo ta, kad beveik visose gyvenimo formose DNR atliko genetinę informaciją, tačiau pati DNR buvo inertiška ir pagaminta daugeliu baltymų fermentų, kurie reikalavo ne tik RNR, bet ir ribosomos, kad šie fermentai būtų pagaminti. Be to, cukrus DNR, deoksiribozė, buvo pagamintas iš ribozės dideliu sudėtingu baltymu. Niekas negalėjo suprasti, kaip visa sistema galėjo prasidėti. Mokslininkai, galvoję apie tai, kaip prasidėjo gyvenimas, kaip Crickas, Leslie Orgel, La Jolla Salk institute ir Ilinojaus universitete Carl Woese, teigė, kad galbūt gyvenimas prasidėjo su RNR. Tuo metu tai buvo grynai spekuliacija - beveik mokslinė fantastika -, nes nebuvo žinoma, kad RNR galėtų atlikti chemines reakcijas.

Cecho ir Altmano atradimai pakeitė viską. Dabar RNR buvo molekulė, kuri gali turėti informacijos kaip bazių seka, kaip ir DNR, ir taip pat galėtų atlikti chemines reakcijas, tokias kaip baltymai. Dabar žinome, kad RNR blokai gali būti pagaminti iš paprastų cheminių medžiagų, kurios galėjo būti aplink žemę prieš milijardus metų. Taigi galima įsivaizduoti, kaip gyvenimas gali prasidėti daugybė atsitiktinai pagamintų RNR molekulių, kol kai kurie iš jų gali atgaminti tik patys. Kai tai atsitiko, evoliucija ir natūrali atranka galėjo sudaryti daugiau ir sudėtingesnių molekulių, galų gale net kažką taip sudėtingo kaip primordinė ribosoma. Plačiai pripažinta idėja, kad pirmasis RNR pasaulis - terminas, kurį pirmą kartą sukūrė Wally Gilbert.

Ribosomas galėjo prasidėti RNR dominuojančiame pasaulyje, bet todėl, kad jis pagamino baltymus, jis tapo Trojos arklys. Baltymai pasirodė esąs daug geresni, kai daugumos reakcijų rūšys daro daugiau nei RNR, nes jų aminorūgštys gali būti įvairesnės chemijos nei paprastesnė RNR molekulė. Tai reiškė, kad, gaminant baltymus, jie palaipsniui išsivystė ir perėmė daugumą RNR molekulių funkcijų tuo metu ir daug daugiau. Tai darydami jie pakeitė gyvenimą, kaip žinome. Tai taip pat gali paaiškinti, kodėl, nors ribosomoje yra daug RNR, fermentai, kurie replikuoja DNR arba kopijuoja ją į RNR, dabar yra pagaminti tik iš baltymų. Tai tikriausiai yra todėl, kad vėliau DNR panaudojimas genams laikyti; iki to laiko baltymai tapo paplitę ir daugelyje reakcijų vyko ląstelėje.

Žinoma, tai nepaaiškina, kaip atsirado genų, turinčių kodą, kad baltymai taptų. Geriausias spėjimas yra tai, kad ankstyvoji ribosomų forma tiesiog sudarė trumpus atsitiktinių peptidų ruožus, kurie padėjo pagerinti RNR fermentus, kurie tuo metu buvo. Tačiau iš ten, kaip atsirado genai, kurie atliko instrukcijas, kad baltymai, turintys aminorūgščių, sujungtos į labai specifinę tvarką, buvo gana šuolis ir vis dar yra vienas iš didžiausių gyvenimo slėpinių. Ir tai savo ruožtu reikštų, kad, be didelio subvieneto, turėtų atsirasti ir daugelis kitų elementų: mRNR, reikalaujanti genetinio kodo, tRNR, kad gautų aminorūgščių, ir mažas subvienetas, skirtas platformai mRNR ir tRNR, kurie jungiasi. Tačiau prieš RNR katalizės atradimą žmonės negalėjo suprasti, kaip sistema galėjo prasidėti net iš esmės.

Ištrauka iš genų mašinos: „Venki Ramakrishnan“ ribosomos paslapčių iššifravimo lenktynės. Autorinės teisės © 2018. Išleido pagrindinės knygos