DNA má genetický kód, ale to, čo číta? „Gene Machine“ Autor vysvetľuje

Ako jadro DNA je pre nás známe, že slávna dvojitá špirála je jadrom štúdia biológie na celom svete. Ale tieto základné molekuly nemôžu fungovať samostatne. DNA uchováva zdrojový kód a údaje na budovanie našich tiel a jeho objav otvoril dvere nespočetným novým fenoménom výskumu, vrátane otázky „Aký stroj číta náš kód?“

Nositeľ Nobelovej ceny Venki Ramakrishnan rozlúštil cestu, aby pokračoval v odpovedi Gene Machine: Rasa na dešifrovanie tajomstiev ribozómu. Vyjadruje svoju ambicióznu cestu tvárou v tvár neistote, vysvetľujúc nielen vedu s jasnou jasnosťou, ale ponúka aj pohľad na komplexnú politiku obklopujúcu snahu o poznanie s pokorou.

Nižšie je výňatok z Gene Machine, ktoré tento týždeň uverejnili základné knihy.

Vzniká z praveku

Ako život začal, je jednou z veľkých zostávajúcich záhad biológie. Celý život vyžaduje určitú formu energie v správnom chemickom prostredí. Niektorí ľudia poukázali na to, že veľa chémie, ktorú život využíva, sa podobá druhu chémie, ktorá sa vyskytuje na okrajoch geotermálnych prieduchov v oceáne. Aj keď je to len náhoda, ako to tvrdili iní, je užitočné zamyslieť sa nad tým, aké podmienky umožnili vznik života. Život je v podstate viac ako súbor chemických reakcií; je to schopnosť uchovávať a reprodukovať genetické informácie spôsobom, ktorý umožňuje, aby sa komplexné formy života vyvíjali z veľmi primitívnych foriem. Podľa tohto kritéria nie je pochýb o tom, že aj vírusy sú nažive, aj keď sa ľudia na to pýtali, pretože potrebujú hostiteľskú bunku na reprodukciu. Avšak každý, kto ochorel z vírusu a zažil svoje telo bojujúce s infekciou, by nepochyboval o tom, že vírusy sú nažive.

Problém bol v tom, že takmer vo všetkých formách života DNA niesla genetickú informáciu, ale samotná DNA bola inertná a vytvorená veľkým množstvom proteínových enzýmov, ktoré vyžadovali nielen RNA, ale aj ribozóm. Okrem toho, cukor v DNA, deoxyribóza, bol vyrobený z ribózy veľkým komplikovaným proteínom. Nikto nemohol pochopiť, ako mohol celý systém začať. Vedci, ktorí premýšľali o tom, ako život začal, ako Crick, Leslie Orgel na Salk Institute v La Jolle, a Carl Woese na University of Illinois, navrhli, že život začal s RNA. V tom čase to bola čistá špekulácia - takmer sci-fi - pretože nebolo známe, že by RNA bola schopná vykonávať chemické reakcie.

Cechovo a Altmanovo objavy to všetko zmenili. RNA bola teraz molekula, ktorá by mohla niesť informácie ako sekvenciu báz, rovnako ako DNA, a mohla by tiež vykonávať chemické reakcie ako proteíny. Teraz vieme, že stavebné bloky RNA môžu byť vyrobené z jednoduchých chemikálií, ktoré by mohli byť v okolí zeme pred miliardami rokov. Takže je možné si predstaviť, ako sa život mohol začať s množstvom náhodne vytvorených molekúl RNA, kým sa niektoré z nich nemohli reprodukovať len sami. Akonáhle k tomu dôjde, evolúcia a prirodzený výber by mohli umožniť vytvorenie viacerých a komplikovanejších molekúl, prípadne aj niečoho tak komplikovaného ako primordiálny ribozóm. Myšlienka prvotného sveta RNA, termín, ktorý prvýkrát vytvoril Wally Gilbert, sa stal všeobecne prijatým.

Ribozóm sa mohol začať vo svete, kde dominuje RNA, ale pretože sa z neho vytvorili proteíny, stal sa trójskym koňom. Ukázalo sa, že bielkoviny sú oveľa lepšie pri uskutočňovaní väčšiny druhov reakcií ako RNA, pretože ich aminokyseliny sú schopné rozmanitejšej chémie než jednoduchšia molekula RNA. To znamenalo, že keď sa proteíny vytvorili, postupne sa vyvinuli, aby prevzali väčšinu funkcií molekúl RNA okolo času a oveľa viac. Pritom transformovali život, ako ho poznáme. To môže tiež vysvetliť, prečo aj keď má ribozóm veľa RNA, enzýmy, ktoré replikujú DNA alebo ju skopírujú do RNA, sú teraz vyrobené výlučne z proteínov. Je to pravdepodobne preto, že použitie DNA na ukladanie génov prišlo neskôr; v tom čase sa proteíny stali prevládajúcimi a vykonávali väčšinu reakcií v bunke.

Samozrejme, to nevysvetľuje, ako vznikli gény nesúce kód, aby sa vytvorili proteíny. Najlepší odhad je, že skorá forma ribozómov práve urobila krátke úseky náhodných peptidov, čo pomohlo zlepšiť RNA enzýmy, ktoré boli v tej dobe. Ale odtiaľ, ako vznikli gény, ktoré viedli pokyny, aby sa proteíny, ktoré mali aminokyseliny naviazané vo veľmi špecifickom poradí, stali skok a je stále jednou z veľkých záhad života. A to by zase znamenalo, že okrem veľkej podjednotky by muselo vzniknúť mnoho ďalších prvkov: mRNA nesúca genetický kód, tRNA, ktoré by priniesli aminokyseliny, a malú podjednotku, ktorá by poskytovala platformu pre mRNA a tRNA sa viažu. Ale pred objavením katalýzy RNA ľudia nemohli vidieť, ako by mohol systém začať v zásade.

Excerpované z Gene Machine: Race dešifrovať tajomstvo Ribozóm Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Vydalo základné knihy