О догмах в биологии
Примерное время прочтения поста - 4 минуты. Добавлены мемы.
Вступление.
Признаюсь, я давно хотел написать пару тройку-постов с образовательным контентом, которого когда то было много на Пикабу - время пришло.
Введение.
Все вы наверное в школе слышали такие фамилии как Уотсон и Крик. А слышали о ДНК? Некоторые даже помнят что это ДезоксиРибонуклеиновая Кислота. РНК? Белок? Но что скрывается за этими понятиями. Давайте разбираться. Пост послужит введением к более сложным темам. Я первый раз пишу такой пост и очень трудно структурировать так, что бы всем все было ясно, простите.
Итак, центральная догма молекулярной биологии была сформулирована Криком еще до получения им нобелевки (1962), но уже после открытия структуры ДНК (1953), в 1958 году. И очень кратко она звучит так: ДНК-РНК-белок.
Рассмотрим каждое понятие.
Основная часть.
ДНК это ооооочень большая молекула, которая хранит генетическую информацию о нас. ДНК зашифрована в виде последовательности нуклеотидов. Их всего 4: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Весь наш генетический год это комбинация этих 4х буковок.
Стоит отметить что днк может быть прямой или кольцевой, состоять из 1 цепи и из 2х. ДНК человека состоит из 2х закрученных цепей как на картинке выше. Буковски соединяются между собой следующим образом: На одной из цепей есть Аденин (A), значит на другой цепи в этом месте будет стоять Тимин (T), тоже самое с Гуанином (G), напротив него всегда стоит Цитозин (C). Примерно так:
Вообще давайте представим что вы искушенный читатель и хотите прочесть книгу. Но вот беда, она на другом языке. Что вы будете делать? Правильно, возьмете словарик и начнете переводить. Ваш текст в оригинале звучит примерно так: АЦТАГАААТЦАГГАТГГААЦЦТАЦГЦТ
Вы хотите перевести текст, но увы, прямого словаря ДНК-Белок нет. Чтож, ладно, зато есть словари ДНК-РНК и РНК-белок. При переводе с языка ДНК на язык РНК вам нужно только заменить букву Т (тимин) на У (урацил). Этот процесс называется трансляцией. Мы получим АЦУАГАААУЦАГГАУГГААЦЦУАЦГЦУ
Чтож, уже не плохо.
Здесь мы приходим к понятию матричной РНК. Как можно понять, она то и служит матрицей для биосинтеза белка. РНК зашифрована той же 4х буквенной последовательностью нуклеотидов что и ДНК, с разницей в одну букву. Урацил это производная тимина, так что в общем смысле это почти одно и тоже.
Далее мы забиваем наш текст (РНК) в переводчик, который называется Рибосома. Как гугл транслейт, только круче. И Рибосома начинаем нам переводить наш текст с языка РНК в язык БелОк. Как она это делает. Дело в том что РНК (как и ДНК) - это код. Триплетный код. Это означает что каждый 3м буквам в этом коде соответствует 1 буква в коде белка. Эта буква белка называется аминокислотой, основных аминокислот 20.
Искушенный читатель скажет: так, стоп. В нашем коде 4 разных буквы. Они расположены в комбинациях по 3. Это же 4^3, целых 64 комбинации! Почему же аминокислот всего 20. Ну, так сказала природа. Дело в том, что 1 и ту же аминокислоту могут кодировать 1, 2, 3, 4 и даже 6ю разными комбинациями по 3.
Поэтому такие картинки не совсем точные, так как каждая эта палочка эта 1 буковка. а ген кодируется порой 300, а порой и 1500 и более таких буковок, связанных по 3.
Не поленился и перевел наш текст в последовательность аминокислот. Получилось: TRNQDGTYG. Их сделала рибосома по последовательности РНК, этот процесс называется транскрипцией. Эта последовательность аминокислот в последствии свернулась нужным образом и стала белком.
Белки это огромный и самый важный класс органических соединений в нашем организме. Трудно переоценить роль белка, ведь ферменты, которые помогают протекать химическим реакциям в организме, в том числе делению клеток - это белки, структурные компоненты (волосы, ногти) - белки, иммунитет (иммуноглобулины) - белки, регуляция жизни клетки - белки, взаимодействие клеток (цитокины) - правильно, тоже белки. В общем вы поняли. Белок - это круто, будь как белок.
Белок состоит из 20 основных аминокислот, расположенных в определенном порядке и свернутых особым образом. Форма белка является определяющей для функций. Изучение структуры белка занимается Структурная биология. В ее задачу входит выделить и кристаллизовать белок, либо белковый комплекс и различными методами установить его структуру.
Это важно потому, что:
1. Позволяет предположить о функции белка
2. Дает возможность узнать как куда и что прикрепить к нему для создания ДНК-вакцин (поговорим позже)
3. Даст информацию об ингибиторах действия белка, что может быть важно, например, при борьбе с патогенной бактерией.
Очень важно отметить, что несмотря на то что белок у человека и у гриба например может быть один и тот же, он может иметь разные формы. Зачастую он имеет разные формы даже у бактерий. К сожалению, даже зная состав белка (порядок аминокислот) нельзя точно сказать про его структуру без вышеупомянутого анализа.
Обсуждение.
Сам Крик закладывал свою догму как некий нерушимый постулат, которым он и считается сейчас. Однако в 1970 году была открыта обратная транскриптаза. Мы теперь знаем что транскрипция это перевод из ДНК в РНК. Этот фермент способен синтезировать ДНК, основываясь на РНК, то есть производить процесс, обратный заданному.
Любопытно, что фермент нашли в вирусах. Я не буду сейчас рассказывать подробно о них, скажу только что вирусы представляют с собой комара, который в своем брюшке несет ДНК либо РНК, и вливает их в нашу (или бактериальную) кровь, то есть в клетки. Вирусы, в основе которых лежит РНК называют ретровирусами, к числу которых относится ВИЧ. Они впрыскивают РНК в клетку, где обратная транскриптаза переводит полученную РНК в ДНК, совершая при этом довольно много ошибок. Что придает этим вирусам лекарственную устойчивость.
Сам Крик описывал это как вполне возможный процесс. И говорил о том что суть центральной догмы заключается в невозможности перевода белка в РНК или ДНК. И в данном случае еще никому утверждение опровергнуть не удалось. Однако нельзя не сказать про прионы. Прионы это белки, которые неправильно свернулись. Как правило, если белок свернулся неправильно он просто перестанет работать, но существуют прионные белки. Если такой белок свернется неправильно, он начнет вынуждать другие такие же белки, свернувшиеся как надо, принять неправильную форму. В результате чего возникают прионные болезни. Это стало острой проблемой в молекулярной биологии, и вопрос решается по сей день.
Как правило, говоря о молекулярной догме часто апеллируют к прионам, говоря что вот и сдулась догма. Однако перевода прионного белка в РНК или ДНК не было - а значит догма работает.
Заключение.
По сути, вся наша генетическая информация (ДНК) сводится к тому какие белки будет синтезировать рибосома. А уже от этих белков зависит все остальное, вплоть до пола. Кому интересно сделаю ремарку, у женщин человека 2 Х половые хромосомы, а у мужчин 1 Х и 1 Y. Дело в том, что в Y хромосоме зашифрован S белок, который как раз и отвечает за развитие из плода мальчика.
Так вот, конечно на сегодня догмой это назвать все еще можно, но существует множество интересных моментов из-за обратной транскриптазы и прионов. Однако в общем и целом этот принцип работает и поможет нам в дальнейшем разобраться с более трудными вопросами молекулярной биологии.
Список книг которые я могу рекомендовать уже сейчас:
Общеобразовательные:
Петр Талантов - 0,05 Доказательная медицина. Книга повествует об основных мифах в медицине, истории и развитии этих мифов.
Более углубленные:
Спирин - Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка. Настольная книга молекулярного биолога. Если попроще рекомендую 1990 года издания. Там описаны основные на тот момент сведения. Если конкретно по рибосомам - издание 17-18 годов. Новые. Но они уже достаточно специализированы и необходимы знания больше, чем представлены в посте.
Могу также порекомендовать посмотреть короткие и не только видосики следующих лекторов: Михаил Гельфанд (не Гендальф), Константин Северинов, Максим Франк-Каменецкий.
Если этот пост понравился хотя бы небольшому кругу читателей я сделаю и другие, вот анонс постов: я бы очень хотел сделать пост непосредственно про структуру белка и область науки его изучающую - структурную биологию. Хотелось бы также затронуть тему ГМО, здесь планируется мини серия: как можно регулировать работу гена, как его можно включить или выключить, что будет если съесть гмо (спойлер: ничего нового). Затронуть тему ДНК-вакцин, в частности, вакцину от кариеса. Темы криспр/кас и многое другое.
Предлагайте ваши темы, с чем смогу - разберусь.
