DNK ima genetski zakonik, toda kaj ga bere? Avtor razlaga "Gene Machine"

Kot jedro, kot je DNK za nas, je znamenita dvojna vijačnica jedro za študij biologije po vsem svetu. Toda te osnovne molekule ne morejo delati same. DNK shrani izvorno kodo in podatke za gradnjo naših teles, njeno odkritje pa je odprlo vrata za številne nove niti raziskav, vključno z vprašanjem: »Kateri stroj bere našo kodo?«

Nobelov nagrajeni biolog Venki Ramakrishnan razkriva pot za odgovor na vprašanje v Gene stroj: dirka za dešifriranje skrivnosti ribosoma. Svojo ambiciozno pot si postavlja v obraz negotovosti, ki pojasnjuje ne le znanost z jasno razumljivostjo, temveč ponuja tudi perspektivo za kompleksno politiko, ki obdaja prizadevanje za znanje s ponižnostjo.

Spodaj je izvleček iz Gene stroj, ki jih je ta teden objavil Basic Books.

Nastajajoč iz prvobitne meglice

Kako se je življenje začelo je ena od velikih preostalih skrivnosti biologije. Vse življenje zahteva neko obliko energije v pravem kemijskem okolju. Nekateri ljudje so poudarili, da veliko kemije, ki jo življenje uporablja, spominja na kemijo, ki se pojavi na robovih geotermalnih odprtin v oceanu. Tudi če je to le naključje, kot so trdili drugi, je koristno razmisliti, kakšne razmere so omogočile nastanek življenja. V bistvu pa je življenje več kot niz kemijskih reakcij; sposobnost shranjevanja in reprodukcije genetskih informacij na način, ki omogoča, da se kompleksne oblike življenja razvijajo iz zelo primitivnih. Po tem merilu ni dvoma, da so celo virusi živi, ​​čeprav so ga ljudje navajali, ker so potrebovali celico gostitelja za razmnoževanje. Vendar pa kdorkoli, ki je zbolel za virusom in je doživel svoje telo v boju z okužbo, ne bi dvomil, da so virusi živi.

Težava je bila, da je DNK v skoraj vseh oblikah življenja vsebovala genetske informacije, vendar je bila sama DNA inertna in izdelana z velikim številom beljakovinskih encimov, ki so zahtevali ne samo RNA, ampak tudi ribosome, da bi naredili te encime. Poleg tega je bil sladkor v DNA, deoksiriboza, izdelan iz riboze z veliko zapleteno beljakovino. Nihče ni mogel razumeti, kako bi se lahko začel celoten sistem. Znanstveniki, ki so razmišljali o tem, kako se je začelo življenje, kot so Crick, Leslie Orgel na Inštitutu Salk v La Jolli in Carl Woese z Univerze v Illinoisu, so predlagali, da se je življenje morda začelo z RNA. Takrat je bila to čista špekulacija - skoraj znanstvena fantastika - ker ni bilo znano, da bi RNA lahko izvedla kemične reakcije.

Cechovo in Altmanovo odkritje sta to spremenila. RNA je bila zdaj molekula, ki bi lahko prenesla informacije kot zaporedje baz, tako kot DNK, in bi lahko izvedla tudi kemijske reakcije, kot so proteini. Zdaj vemo, da se gradniki RNK lahko izdelajo iz preprostih kemikalij, ki bi lahko bile na zemlji pred milijardami let. Tako si je mogoče predstavljati, kako se je življenje lahko začelo z veliko naključno izdelanimi molekulami RNA, dokler se nekatere od njih ne morejo razmnoževati same. Ko se je to zgodilo, sta evolucija in naravna selekcija omogočila izdelavo več in bolj zapletenih molekul, sčasoma celo nekaj tako zapletenega kot primordialni ribosom. Zamisel o primordialnem svetu RNA, izrazu, ki ga je najprej skoval Wally Gilbert, je postal splošno sprejet.

Ribosom se je morda začel v svetu, v katerem prevladuje RNA, a ker je izdelal beljakovine, je postal trojanski konj. Izkazalo se je, da so beljakovine veliko boljše pri večini reakcij kot RNA, ker so njihove aminokisline sposobne bolj raznolike kemije kot preprostejša RNA molekula. To je pomenilo, da so se pri izdelavi beljakovin postopoma razvile, da so prevzele večino funkcij molekul RNA v času in še veliko več. S tem so spremenili življenje, kot ga poznamo. To lahko pojasni tudi, zakaj ribosom ima veliko RNK, zato so encimi, ki replicirajo DNA ali kopirajo v RNA, zdaj v celoti sestavljeni iz beljakovin. To je verjetno zato, ker je uporaba DNA za shranjevanje genov prišla kasneje; Do takrat so beljakovine postale prevladujoče in so izvajale večino reakcij v celici.

Seveda to ne pojasnjuje, kako so nastali geni, ki nosijo kodo, da bi beljakovine nastale. Najboljša predpostavka je, da je zgodnja oblika ribosomov naredila kratke dele nasumičnih peptidov, kar je pripomoglo k izboljšanju encimov RNA, ki so bili takrat prisotni. Toda od tod, kako so nastali geni, ki so imeli navodila za izdelavo beljakovin, ki so imeli aminokisline skupaj v zelo specifičnem vrstnem redu, je bil precej skok in je še vedno ena od velikih skrivnosti življenja. In to bi pomenilo, da bi poleg velike podenote obstajali še mnogi drugi elementi: mRNA, ki bi nosila genetsko kodo, tRNA, ki bi prinašala aminokisline, in majhna podenota, da bi zagotovila platformo za mRNA in tRNA se vežejo. Toda pred odkritjem katalize RNK ljudje niso mogli videti, kako bi se sistem lahko začel celo načeloma.

Odsek iz Gene Machine: Dirka za dešifriranje skrivnosti ribosoma Venki Ramakrishnan. Avtorske pravice © 2018. Izdaja Basic Books