DNA posjeduje genetski kod, ali što ga čita? Autor 'Gene Machine' objašnjava

Kao jezgra kao što je DNK za nas, poznata dvostruka spirala je jezgra za proučavanje biologije u svijetu. Ali te temeljne molekule ne mogu raditi same. DNK pohranjuje izvorni kod i podatke za izgradnju naših tijela, a njegovo otkriće otvorilo je vrata brojnim novim nitima istraživanja, uključujući i pitanje: "Koji stroj čita naš kod?"

Biolog, dobitnik Nobelove nagrade, Venki Ramakrishnan, otkriva put u potrazi za odgovorom u Gene stroj: utrka za dešifriranje tajne ribosoma. On postavlja svoje ambiciozno putovanje usprkos neizvjesnosti, objašnjavajući ne samo znanost lucidnom jasnoćom, već i perspektivu o složenoj politici koja okružuje težnju za znanjem s poniznošću.

U nastavku je izvadak iz Gene stroj, koje je ovaj tjedan objavio Basic Books.

Izlazeći iz prvobitne magle

Kako je život započeo jedna od velikih preostalih tajni biologije. Sav život zahtijeva neki oblik energije u pravom kemijskom okruženju. Neki ljudi su istaknuli da mnogo kemije koju život koristi sliči kemiji koja se pojavljuje na rubovima geotermalnih otvora u oceanu. Čak i ako je to samo slučajnost kao što su drugi tvrdili, korisno je razmišljati o tome koje uvjete je omogućilo da se život pojavi. No, život je više od skupa kemijskih reakcija; to je sposobnost pohranjivanja i reprodukcije genetskih informacija na način koji omogućuje da složeni životni oblici evoluiraju od vrlo primitivnih. Po ovom kriteriju, nema sumnje da su čak i virusi živi, ​​iako su ga ljudi ispitivali jer im je potrebna stanica domaćina za reprodukciju. Međutim, svatko tko se razbolio od virusa i iskusio svoje tijelo boreći se s infekcijom ne bi sumnjao da su virusi živi.

Problem je bio u tome što je u gotovo svim oblicima života DNK nosila genetske informacije, ali je sam DNK bio inertan i načinjen od velikog broja enzima proteina, koji su zahtijevali ne samo RNA, već i ribosome za stvaranje tih enzima. Štoviše, šećer u DNA, deoksiriboza, načinjen je od riboze velikim kompliciranim proteinom. Nitko nije mogao razumjeti kako je cijeli sustav mogao početi. Znanstvenici koji su razmišljali o tome kako je život započeo, poput Cricka, Leslieja Orgela s Instituta Salk u La Jolli i Carla Woesea na Sveučilištu Illinois, sugerirali su da je možda život počeo s RNA. U to je vrijeme to bila čista spekulacija - gotovo znanstvena fantastika - jer nije poznato da je RNA sposobna provesti kemijske reakcije.

Cechovo i Altmanovo otkriće sve su to promijenile. RNA je sada bila molekula koja je mogla prenositi informacije kao niz baza, baš kao i DNK, i mogla je također provoditi kemijske reakcije poput proteina. Sada znamo da se građevni blokovi RNA mogu načiniti od jednostavnih kemikalija koje su mogle biti u zemlji prije milijardu godina. Tako je moguće zamisliti kako je život počeo s mnogo nasumično izrađenih RNA molekula sve dok neki od njih ne mogu samo sebe reproducirati. Nakon što se to dogodilo, evolucija i prirodna selekcija mogli su omogućiti stvaranje sve više i više kompliciranih molekula, na kraju čak i nešto komplicirano kao primordijalni ribosom. Ideja o primordijalnom svijetu RNA, pojam koji je najprije skovao Wally Gilbert, postala je široko prihvaćena.

Ribosom je možda počeo u svijetu u kojem prevladava RNA, ali zato što je stvarao proteine, postao je trojanski konj. Pokazalo se da su proteini mnogo bolji u obavljanju većine reakcija od RNA, jer su njihove aminokiseline sposobne za mnogo različitiju kemiju od jednostavnijih RNA molekula. To je značilo da su proteini postupno evoluirali kako bi preuzeli većinu funkcija RNA molekula u to vrijeme i još mnogo toga. Čineći to, oni su preobrazili život kakav poznajemo. To također može objasniti zašto, iako ribosom ima mnogo RNA, enzimi koji se repliciraju DNA ili kopiraju u RNA sada su potpuno napravljeni od proteina. To je vjerojatno zato što je upotreba DNA za pohranjivanje gena došla kasnije; do tada su proteini postali prevladavajući i provodili su većinu reakcija u stanici.

Naravno, to ne objašnjava kako su nastali geni koji nose kod koji stvara proteine. Najbolja pretpostavka je da je rani oblik ribosoma upravo napravio kratke dijelove slučajnih peptida, što je pomoglo poboljšanju RNA enzima koji su tada bili. No, odande, kako su nastali geni koji su nosili upute za proizvodnju proteina koji su imali aminokiseline spojene u vrlo specifičnom poretku, bio je veliki skok i još uvijek je jedna od velikih misterija života. A to bi značilo da bi, pored velike podjedinice, trebali postojati i mnogi drugi elementi: mRNA koja nosi genetski kod, tRNA za unos aminokiselina, i mala podjedinica da osigura platformu za mRNA i tRNA za vezanje. Ali prije otkrića RNA kataliza, ljudi nisu mogli vidjeti kako je sustav mogao početi čak i načelno.

Izvadak iz Gene stroja: Utrka za dešifriranje tajni ribosoma od strane Venki Ramakrishnan. Autorsko pravo © 2018. Objavio Basic Books