ADN-ul deține codul genetic, dar ce citeste? "Gene Machine" Explică autorul

Ca nucleu ca ADN-ul este pentru noi înșine, renumita dublă helix este nucleul studiului biologiei la nivel mondial. Dar aceste molecule fundamentale nu pot lucra singure. ADN-ul stochează codul sursă și datele pentru a construi corpurile noastre, iar descoperirea sa a deschis ușa nenumăratelor fire de cercetare noi, inclusiv întrebarea "Ce mașină citește codul nostru?"

Premiul Nobel pentru biologie, Venki Ramakrishnan, dezvăluie călătoria pentru a urmări răspunsul în Masina Gene: Cursa de descifrare a Secretelor Ribosomului. El își pune călătoria ambițioasă în fața incertitudinii, explicând nu numai știința cu claritate lucidă, ci oferă și perspectivă asupra politicii complexe care înconjoară cercetarea cunoașterii cu umilință.

Mai jos este un extras din Masina Gene, publicat în această săptămână de cărțile de bază.

Emergând din ceața primordială

Cum a început viața este una dintre cele mai mari mistere ale biologiei. Toată viața necesită o formă de energie în mediul chimic potrivit. Unii oameni au subliniat că o mulțime de chimie pe care le folosește viața se aseamănă cu tipul de chimie care se produce la marginile gurilor de ventilație geotermale din ocean. Chiar dacă aceasta este doar o coincidență, așa cum au susținut și alții, este util să ne gândim la ce condiții a fost posibil ca viața să apară. Dar, în mod fundamental, viața este mai mult decât un set de reacții chimice; este capacitatea de a stoca și de a reproduce informațiile genetice într-un mod care permite formelor de viață complexe să evolueze de la cele foarte primitive. Prin acest criteriu, nu există nici o îndoială că chiar și virușii sunt în viață, chiar dacă oamenii obișnuiau să pună la îndoială că au nevoie de o celulă gazdă să se reproducă. Cu toate acestea, oricine sa îmbolnăvit de un virus și și-a experimentat corpul luptând împotriva unei infecții nu va pune la îndoială că virușii trăiesc.

Problema a fost că, în aproape toate formele de viață, ADN-ul transporta informații genetice, însă ADN-ul a fost inert și a fost produs de un număr mare de enzime de proteine, care necesită nu numai ARN, ci și ribozomul pentru a face aceste enzime. În plus, zahărul din ADN, deoxiriboză, a fost făcut din riboză printr-o proteină complexă mare. Nimeni nu a putut înțelege cum ar fi putut începe întregul sistem. Oamenii de știință care se gândeau la modul în care a început viața, cum ar fi Crick, Leslie Orgel la Institutul Salk din La Jolla și Carl Woese de la Universitatea din Illinois, au sugerat că, probabil, viața a început cu ARN. La acea vreme, aceasta a fost o pură speculație - aproape științifico-ficțiune - pentru că ARN nu era cunoscut ca fiind capabil să efectueze reacții chimice.

Descoperirea lui Cech și Altman a schimbat toate acestea. ARN-ul era acum o moleculă care putea transporta informații ca o secvență de baze, la fel ca ADN-ul, și ar putea efectua și reacții chimice cum ar fi proteinele. Acum știm că blocurile de ARN pot fi făcute din substanțe chimice simple care ar fi putut fi în jur de miliarde de ani în urmă. Deci, este posibil să ne imaginăm cum a început viața cu o mulțime de molecule ARN aleasă în mod aleatoriu până când unii dintre ei s-ar putea reproduce singuri. Odată ce acest lucru sa întâmplat, evoluția și selecția naturală ar putea permite obținerea de molecule tot mai complexe, eventual chiar și ceva atât de complicat ca un ribozom primordial. Ideea unei lumi primare a ARN-ului, un termen creat mai intai de Wally Gilbert, a devenit pe larg acceptata.

Ribosomul a început într-o lume dominată de ARN, dar pentru că a făcut proteine, a devenit un cal troian. Proteinele s-au dovedit a fi mult mai bune în a face cele mai multe tipuri de reacții decât ARN, deoarece aminoacizii lor sunt capabili de chimie mai variată decât molecula ARN mai simplă. Acest lucru a însemnat că, pe măsură ce au fost făcute proteinele, ele treptat au evoluat pentru a prelua majoritatea funcțiilor moleculelor ARN în jurul valorii de atunci și mult mai mult. În acest fel, ei au transformat viața așa cum o știm. Acest lucru poate explica, de asemenea, de ce, deși ribozomul are o mulțime de ARN, enzimele care replică ADN-ul sau îl copiază în ARN sunt acum făcute în întregime din proteine. Acest lucru se datorează, probabil, faptului că utilizarea ADN-ului pentru a stoca gene a apărut mai târziu; până în acel moment, proteinele au devenit predominante și au efectuat majoritatea reacțiilor din celulă.

Desigur, acest lucru nu explică modul în care genele care poartă un cod pentru a produce proteine ​​au luat naștere. Cea mai buna presupunere este ca o forma timpurie a ribozomilor tocmai a facut scurte intinderi ale peptidelor aleatoare, ceea ce a ajutat la imbunatatirea enzimelor ARN care au fost in acel moment. Dar de acolo, cum au provenit genele, care a făcut instrucțiuni pentru a face proteine ​​care aveau aminoacizi strânși împreună într-o ordine foarte specifică, a fost un salt și este încă una dintre marile mistere ale vieții. Și, la rândul său, ar însemna că, în plus față de subunitatea mare, ar trebui să apară și multe alte elemente: mRNA pentru a transporta codul genetic, tRNAs pentru a aduce aminoacizi și subunitatea mică pentru a oferi o platformă pentru ARNm și tRNAs să se lege. Dar înainte de descoperirea catalizei ARN, oamenii nu au putut vedea cum ar fi putut începe sistemul chiar și în principiu.

Extras din Gene Machine: Cursa de a descifra secretele ribozomului de Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Publicat de cărți de bază