ДНК утримує генетичний код, але що читає? Автор "Генної машини" пояснює

Як ядро, як ДНК є для нас самих, знаменита подвійна спіраль є ядром для вивчення біології в усьому світі. Але ці фундаментальні молекули не можуть працювати самостійно. ДНК зберігає вихідний код і дані для побудови нашого тіла, і його відкриття відкрило двері для безлічі нових ниток досліджень, включаючи питання: "Яка машина читає наш код?"

Нобелівський лауреат біологічних наук Венкі Рамакрішнан розгадує шлях до відповіді в Генна машина: гонка для розшифровки секретів рибосоми. Він викладає свою амбітну подорож перед лицем невизначеності, пояснюючи не тільки науку з зрозумілою ясністю, але й пропонує перспективу на складну політику, що оточує прагнення до пізнання зі скромністю.

Нижче наводиться уривок з Генна машина, опубліковані на цьому тижні на Basic Books.

Виходить з первинного туману

Як почалося життя - одна з великих залишилися таємниць біології. Все життя вимагає певної форми енергії в правильному хімічному середовищі. Деякі люди вказували на те, що велика частина хімії, яку використовує життя, схожа на хімію, що виникає на краях геотермальних отворів в океані. Навіть якщо це просто збіг, як стверджують інші, корисно думати про те, які умови зробили можливим виникнення життя. Але принципово життя - це більше, ніж сукупність хімічних реакцій; це здатність зберігати і відтворювати генетичну інформацію таким чином, що дозволяє складним формам життя розвиватися від дуже примітивних. За цим критерієм немає жодних сумнівів, що навіть віруси живі, навіть якщо люди користувалися цим питанням, тому що їм потрібна клітина-господар для відтворення. Проте, хтось захворів від вірусу і пережив свій організм, який бореться з інфекцією, не сумнівався б, що віруси живі.

Проблема полягала в тому, що майже у всіх формах життя ДНК мала генетичну інформацію, але сама ДНК була інертною і була створена великою кількістю білкових ферментів, які вимагали не тільки РНК, але й рибосоми, щоб зробити ці ферменти. Більш того, цукор в ДНК, дезоксирибозу, був виготовлений з рибози великим складним білком. Ніхто не міг зрозуміти, як почалася вся система. Вчені, які думали про те, як почалося життя, як Крик, Леслі Оргель з Інституту Солка в Ла Джолла, і Карл Вуз з Університету Іллінойсу, припустили, що, можливо, життя почалося з РНК. У той час це була чиста спекуляція - майже наукова фантастика - оскільки РНК не була здатна здійснювати хімічні реакції.

Відкриття Чеха та Альтмана змінило все це. РНК стала молекулою, яка могла переносити інформацію як послідовність підстав, подібно до ДНК, і могла також здійснювати хімічні реакції, такі як білки. Тепер ми знаємо, що будівельні блоки РНК можуть бути зроблені з простих хімічних речовин, які могли бути навколо землі мільярди років тому. Отже, можна уявити собі, як почалося життя з безліччю випадково створених молекул РНК, поки деякі з них не могли б відтворити тільки себе. Як тільки це сталося, еволюція і природний відбір дозволяють робити все більш складні молекули, в кінцевому рахунку, навіть щось таке складне, як первинна рибосома. Ідея первинного світу РНК, термін, вперше введений Уоллі Гілбертом, став загальноприйнятим.

Рибосома, можливо, почалася в світі, де переважає РНК, але тому, що вона виробляла білки, вона стала троянським конем. Білки виявилися набагато кращими при виконанні більшості реакцій, ніж РНК, оскільки їх амінокислоти здатні до більш різноманітної хімії, ніж простіша РНК-молекула. Це означало, що в міру того, як були виготовлені білки, вони поступово еволюціонували, щоб взяти на себе більшість функцій молекул РНК навколо в той час і багато іншого. При цьому вони трансформували життя, як ми його знаємо. Це також може пояснити, чому, хоча рибосома має багато РНК, ферменти, які повторюють ДНК або копіюють її в РНК, тепер повністю складаються з білків. Це, ймовірно, тому, що використання ДНК для зберігання генів прийшло пізніше; до цього часу білки переважали і проводили більшість реакцій у клітці.

Звичайно, це не пояснює, як гени, що несуть код для створення білків, виникли. Краще припустити, що рання форма рибосом просто зробила короткі ділянки випадкових пептидів, які допомогли поліпшити РНК-ензими, які були навколо тоді. Але звідти, як виникли гени, які виконували інструкції для створення білків, які мали амінокислоти, зв'язані в дуже конкретному порядку, було досить стрибком і до цих пір є однією з великих таємниць життя. А це, в свою чергу, означало б, що на додаток до великої субодиниці виникне багато інших елементів: мРНК, що несе генетичний код, тРНК, що приносить амінокислоти, і невелика субодиниця для забезпечення платформи для мРНК і ТРНК зв'язуються. Але перед відкриттям каталізу РНК люди не могли бачити, як система могла б розпочати навіть у принципі.

Витяг з генної машини: Гонка, щоб розшифрувати секрети рибосоми від Венкі Рамакрішнан. Авторське право © 2018. Опубліковано Основними книгами