Katagoria: Klucz do DNA: Organiczny komputer, opublikowano 5 lat temu.

Procesy technologiczne w fabryce życia


 

Jak podwójna helisa DNA buduje białka? Na to pytanie – nie mając jeszcze dowodów naukowych, a jedynie intuicję – odpowiedział jeden z twórców pojęcia helisa Francis Crick. Podejrzewając, że informacja DNA zostaje zamieniana na konkretne białka za pomocą interpratorów – cząstek adaptorowych. W dwa lata później okazało się, że miał rację.

1.01. Rybosomy

Miejscem produkcji białek są rybosomy. A że na naszej planecie nie ma życia bez białek – można powiedzieć, że rybosomy są fabryką życia. Tak małą, że można ją zaobserwować dopiero przy użyciu mikroskopu elektronowego. Rośliny strączkowe, po raz kolejny, okazały się bardzo przydatne dla rozwoju genetyki – to w komórkach fasoli odkrył je w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku George Emil Palade.

To makrocząsteczkowa struktura, składająca się z mniejszej i większej podjednostki, występuje w cytoplazmie komórki. Zbudowana jest z rybosomowego RNA (ang. ribosomal RNA – rRNA) oraz białek, tworząc rodzaj rusztowania, do którego przyłączane są kolejne aminokwasy, tworząc łańcuch polipeptydowy. Z tego powodu niektórzy uważają, że rybosomy nie są fabryką białek, a jedynie taśmą montażową… I jest to w dużym stopniu prawda, gdyż transportowe RNA dostarcza półprodukty do rybosomów – tam następuje montaż, a z taśmy schodzi gotowe białko. Najlepszym dowodem podobnego podejścia do rybosomów może być doświadczenie zespołu Akiro Tsugity z University of California w Barkley, którzy postanowili zażartować z rybosomów bakterii E. coli – podając im RNA wirusa mozaiki tytoniu TMV. Rybosomy bakterii podstępu nie wyczuły – i wyprodukowały białka wirusa. Ten naukowy żart wykazał, że uniwersalność rybosomów rozciąga się na różne organizmy oraz potwierdził uniwersalność kodu genetycznego kodonów. Jednak, ze względów prestiżowych, wolę jednak pozostać przy określeniu rybosomów fabryką białek.

Apetyt komórek na białka powoduje, że fabryka białek pracuje nieustannie pełną parą. U człowieka procesami technologicznymi w tych fabrykach steruje około 200 genów, ulokowanych w 5 chromosomach, po 40 genów. Warto zwrócić uwagę, że w typowej komórce bakterii E. coli w 20.000 rybosomach znajdziemy jedynie 10% białek i aż 80% RNA.

Cząstkami adaptorowymi, przepowiadanymi przez Cricka, okazał się pewien rodzaj cząsteczek RNA – nazwany transportowym RNA (tRNA).
Nim fabryki białek zaczną pracę, nić DNA musi zostać odpowiednio przygotowana. Podwójną helisę należy rozpleść, z nici matrycowej przekopiować informację na jedną nić RNA (przy okazji zamieniając nukleotyd T na U), następnie przetransportować nić informacyjnego RNA w pobliże rybosomu, by tam doszło do montażu łańcuchów polipeptydowych – czyli białek.

Gdy informacja z DNA zostaje przepisana na informacyjne RNA mówimy o transkrypcji, a proces sterujący montażem białek w rybosomach została nazwany translacją.

W literaturze fachowej (jak np. pracy T.A. Browna Genomy) można spotkać bardzo dokładne opisy budowy rybosomów oraz działań fizycznych, którym poddawana jest nić DNA w trakcie procesów transkrypcji i translacji. My zajmiemy się przede wszystkim analizą ideową, jedynie czasami wspomagając opis właściwościami fizycznymi, główną uwagę skupiając na powtarzalności kodu DNA, który można zdefiniować rozkazami programu komputerowego.

Głównym wyjaśnieniem, dlaczego potrzeba aż dwóch, skomplikowanych procesów, aby zbudować białka i inne cząsteczki na podstawie informacji zawartej w nici DNA jest fakt, że znajduje się w ona jądrze komórkowym – poza miejscem lokalizacji rybosomów. Utworzony w nim łańcuch RNA musi zostać przeniesiony przez błonę komórkową do cytoplazmy, w której dopiero ta informacja zostanie w fabrykach białek odczytana i zsyntetyzowana.
Lecz to pobieżne wyjaśnienie. Moim zdaniem bardziej trafne jest takie, że podwójna helisa jest strukturą przechowalnikową dla ukrytej w niej informacji. Aby ta informacja została odczytana, musi zostać odpowiednio przygotowana. A odpowiednio – w tym wypadku – znaczy w odmienny, zależny od warunków sposób. Nić DNA zawiera komplet informacji – w procesie translacji zostaje wybrany wariant dla aktualnej sytuacji organizmu (zarówno czynników zewnętrznych, jak i etapu rozwoju organizmu).

Rys. 25. Schemat procesu translacji i transpozycji

Rys. 25. Schemat procesu translacji i transpozycji

Pośrednim dowodem takiej interpretacji mogą być różnice tego procesu u prokariotów i eukariotów. Te pierwsze to podstawowy, mało elastyczny sposób zarządzania informacją genetyczną – głównie poprzez produkcję olbrzymich ilości białek, na każdą sytuację. Eukarioty działają w bardziej wyrafinowany sposób – nie liczba białek, a możliwość ich wariantowego składania w dowolnej chwili stanowi przewagę ewolucyjną. Nawet rozdzielenie genomu na wiele chromosomów u eukariotów, z możliwością dostępu do wielu miejsc jednocześnie, w przeciwieństwie do genomu prokariotów w postaci jednej, zwiniętej nici DNA – jest skutkiem takiego sposobu zarządzania informacją.

 

Klucz do DNA

Klucz do DNA

Odczytujemy jedynie fragmenty kodu, bardziej domyślając się – niż wiedząc, co jest pomiędzy poznanymi słowami. Brakuje nam klucza do zrozumienia języka DNA. Kiedy go znajdziemy, będziemy mogli odczytywać wiadomości, jakie mają dla nas geny.

Książka do kupienia w księgarni autorskiej

 

Podobne wpisy


Licznik: 1026


 
Share This