Az előző bejegyzésben elmondtam, hogy zárójelet kell tennem, hogy befejezzem a sejt organelláinak áttekintését. Azt mondtam neked, hogy Beadle és Tatum rájöttek, hogy a fehérjék felépítésére vonatkozó utasítások a kísérleteik során használt penész DNS-ében tárolódtak. Kicsit tovább haladva kiderül, hogy a gének kódolják a fehérjéket, de ha így van, ki szintetizálja őket? Melyik organella felelős a fehérjét alkotó aminosavak összekapcsolásáért?

photon

Bizonyára már tudta, hogy a riboszómákról, az RNS makromolekulái (ribonukleinsav) és a fehérjék által alkotott kis szerkezetekről van szó, amelyek megtalálhatók a citoplazmában, az endoplazmatikus retikulumban vagy a mitokondriumokban és a kloroplasztokban. És rendkívül fontosak, mivel küldetésük - ragaszkodom hozzá - a fehérjék szintetizálása.

Ribosome, a polipeptidek keringőjéből, Mara G. Haseltine szobrászművész.

A fehérjék aminosav-láncok, de ne képzeljétek, hogy egyének láncolják a „la conga de jalisco” -t, mint az unokatestvéretek esküvőjén. Már értem, hogy ez jelentőségteljes volt, de bármennyire is mozgékony a sógora, a fehérje dolog tovább megy. A láncnak aminosavak ezreinek kell elférnie a helyes számban és sorrendben, és ha ez nem lenne elég, akkor meg kell csavarodnia (Faemino és Tired szavai szerint), mintha nem lenne isten. Ezt hívják hajtogatásnak, de ennek szinte semmi köze ahhoz, amit a szárítóból kivett ruhákkal művel. Egy fehérje aminosavai hidrogénkötéseket és más típusú kötéseket hoznak létre közöttük, ami lehetővé teszi számukra, hogy háromdimenziós szerkezettel rendelkezzenek. A fehérjék háromdimenziós alakjának megjósolása megoldatlan probléma. Ezenkívül ennek a struktúrának bármilyen változása a funkcionalitás elvesztését vagy azt jelentheti, hogy egy fehérje már nem metabolizálható. Ha ez a rendellenes hajtogatás érintkezés útján is „fertőző”, mint a prionok esetében, akkor aggasztó egészségügyi problémává válhat. Ugyanolyan aggasztó, mint a szarvasmarha szivacsos agyvelőbántalma vagy az őrült tehén betegség.

Ennek ellenére lehet, hogy nem hangzanak neked soknak, de a fehérje rendkívül fontos neked. Mondok egy példát a fehérjeid általánosan elvégzett feladatokra:

  • Az aktin szálak, amelyek lehetővé teszik az izmok összehúzódását vagy a sejtek alakjának megőrzését, a citoszkeleton, fehérjecsoportokból állnak.
  • Az immunglobulin egy fehérje és egyben antitest is, vagyis a filmben szereplő jó fiúk, és hidd el, amikor azt mondom neked, hogy riboszómáidnak kényelmes, ha bizonyos örömmel képesek termelni az antitestek fehérjéit.
  • A fenilalanin-hidroxiláz egy enzim, amely lehetővé teszi az egyik aminosav (fenilalanin) átalakítását egy másiká (tirozin); A fenilketonuria meglehetősen súlyos veleszületett betegség, amelyet ennek az enzimnek a hiánya okoz, bár szerencsére az öröklődési minta recesszív.
  • A gerincesekben a vas tárolásáért elsősorban a ferritin felelős, ez egy polipeptid, vagyis több fehérje egyesülése, és ha nem termel eleget, vérszegénységben szenved.
  • Vagy valamikor a növekedési hormon, amely szintén egy fehérje, amely az agyalapi mirigy sejtjeiben termelődik és szabályozza a sejtek növekedését.

Mit tennénk fehérje nélkül? Szerintem semmi.

Ezen a ponton eljutottunk a kémiai hírvivők mezejére: hormonok, neurotranszmitterek, feromonok ... amelyek megvágják a tőkehalat a testében. Ott csinálod, amit mondanak. Ezek a típusok tartalmaznak fehérjéket, ha nem teljesen ezekből állnak. Parancsként osztják meg a sejteket, a telomerek meghosszabbodnak (telomeráz), elősegítik az angiogenezist (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF) ... De nagy erővel nagy felelősség jár. És az egészért felelős személy a DNS. Meglátod, hogy megy.

A "Biológia központi dogmája" szerint minden gén egy fehérjét kódol. A DNS-bázisok szekvenciáját követve minden három csoport megfelel egy aminosavnak, ebben a sorrendben. A DNS három bázisának mindegyik csoportját kodonnak nevezzük, és az Ön által használt húsz aminosav mindegyikéhez legalább egy van. Egyszerűen hangzik, mi? Bár biztosan csodálkozni fog "de ... honnan tudhatják ezt?" Ne aggódj, nekem már van. Folyamatosan csinálom. És válaszoltak nekem.

Látja, az volt George gamow, Ukrán elméleti fizikus, aki amellett, hogy alagút útján az alfa-bomlás elméletének atyja, azt javasolta, hogy egy aminosavat kódoló bázisok száma legyen három. Világos: négy elem ismétlésével két-két változatban csak 4 2 van, azaz 16. Az élőlények 20 és 22 aminosavat tartalmaznak, így a kombinációk száma nem lenne elegendő ezek kódolásához. Ha azonban hármat-hármat veszünk, akkor 4 3 lesz, ami 64-nek felel meg, tehát legalább három bázisra lenne szükség.

Ezen adatok pontosítása érdekében ötletes kísérletet terveztek, amelynek során egy bakteriofág vírus DNS-ének T4 génjébe mutációt vezettek be, az alkalmazott mutagén beillesztette vagy eliminálta a gén egy bázisát. Az egyszer vagy kétszer mutált gének nem voltak képesek fehérjéket előállítani, de igen, amikor három mutációt tartalmaztak. Kísérletnek hívták Crick, Brenner, Barnett, Watts-Tobin és 1961-ben a nevét adó molekuláris biológusok csoportja hajtotta végre. Egyébként ez a Crick ugyanaz, amely korábban megjelent a kettős spirál felvetésére.

Tehát 64 kombináció létezik. Ezt hívják kodon-degenerációnak, de ne aggódjon, ez nem azt jelenti, hogy a kodonokat burjánzóan elhagyják egy elvetemült paraphilia miatt, ez csak azt jelenti, hogy minden aminosavhoz több kodon tartozik, de ezt az információt kódolják a DNS-ét szállítania kell, még a riboszómáját is, amely a fehérjék szintetizálásáért felelős. Ehhez szükségünk van az RNS-re.

Az RNS vagy ribonukleinsav nagyon hasonlít a DNS-hez, de látásélességi teszten három fő különbséget találna. Először is, az RNS-keretet ribóz alkotja, míg a DNS-t egy dezoxiribóz-molekula lánc tartja fenn, amely olyan, mint a ribóz, amely az élet ezen dolgai miatt elvesztette az oxigénatomot. Egy részlet. Később különbséget lát a bázisokban: a timin helyett az aktin partnereként az RNS-ben uracil van. És végül, a legszembetűnőbb és legfontosabb, az emberi RNS lineáris és egyszálú, amely lehetővé teszi, hogy önmagára hajlítson, összeköttetéseket hozva létre ugyanazon szál bázisai között, és így struktúrákat képezzen a sejtben, például riboszómákat vagy telomerázokat. felelős a kromoszómák vagy telomerek végső szektorainak kiterjesztéséért. Bár egyes vírusokban az RNS kettős spirált képezhet és tartalmazhatja genetikai kódját, ezért a DNS és az RNS meglehetősen hasonló.

Mindez a shebang akkor kezd működni, amikor az RNS-polimeráz enzim, amely a DNS-lánc egyik lábán lecsúszik, és cipzárszerűen kinyitja, megtalálja azt a specifikus szekvenciát, amely elindítja egy gén, azaz egy promoter kódolását. Amikor a promóter szekvencia véget ér, ez az enzim elindítja a DNS kód átírását messenger RNS-be (mRNS). Elég sokféle RNS létezik, és a messenger egy lineáris RNS-lánc, amely egy gén egy példányát tartalmazza és szállítja a riboszómába.

Az RNS egy másik típusa a transzfer RNS (tRNS), valójában egy tRNS molekula van minden bázistripletthez vagy antikodonhoz. Minden tRNS-molekula hordozza az antikodonjának megfelelő aminosavat. Képzelje el, hogy a citogélen keresztül lebegve, termikus keverés által nagy mennyiségű, mindenféle tRNS-t animálva. Az a mRNS, amely a magból a riboszómába utazott, három bázison, azaz minden kodonban csúszik és áll meg. Amikor a tRNS antikodonja, amely áthaladt, egybeesik a riboszómában lévő mRNS kodonjával, a tRNS felszabadul az általa hordozott aminosavból, és ezáltal csatlakozik a fehérjét vagy a kialakuló láncot alkotó lánchoz. romantikusabb biológusok. Tehát amíg az mRNS-szál nem fejeződik be. Ezt kissé nehéz megmagyarázni, azonban könnyen megrajzolható, ezért azt javaslom, hogy merítse fel a következő webhelyet (http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.esp.html), hogy tanulságos és tisztázó legyen.

Ribosome, Mateusz Katzig.

A fehérjék jelentős hosszúságot érhetnek el, méretüket pedig az aminosavak számában mérik. Bár a molekulatömegét is figyelembe veszik, amelyet Daltonban vagy kilodaltonban (kDa) fejeznek ki, a Dalton egyenértékű egy atomtömeg-egységgel. Például az élesztőfehérjék 466 aminosavat és 53 kDa-t tartalmaznak. Azonban egy izomkomponens, a titin 27 000 aminosavat és 3000 kDa-t tartalmaz. Látja, hogy a riboszómái úgy működnek, mint a kínai. Továbbá, a keletkezésük utáni hajtogatás miatt a fehérjék nagyon összetett háromdimenziós szerkezetek lehetnek.

Genetikai kódunk olyan, mint a szoftver forráskódja, ez egy programozási nyelv mondatsorozata, amely az összeállítás után egy olyan funkciót eredményez, amely egy sor funkciót lát el. Ha bármilyen programozási nyelvet kezel, megért engem. Nagyon rossz programozó vagyok, és többször meg kell próbálnom, amíg a fordító elfogadja a kódomat, mivel ez nagyon kitűnő, és legalább a "javítás vagy apoptózis" jelet adja a programnak, mert hibás a kódja. Amikor sikerül kijavítanom, a szintaxis helyes, a program összeáll és úgy tűnik, hogy működik, majd eljön az az elkerülhetetlen pillanat, amikor lefagy, vagy nem azt csinálja, amit szerettem volna. A legrosszabb eset az, hogy a programom ebben a transzban elkezdi a rendszer erőforrásait feltölteni, a merevlemez megtelik, és végül a PC összeomlik. És ha Ön nem programozó, akkor biztosan hasonló helyzetbe került egy olyan alkalmazás kezelésével, amelyet nem fogok megnevezni, hogy ne legyen problémája a Microsofttal, de könnyen meg fogja érteni a hasonlót.

Valami hasonló történik a fehérjékkel, ezeket génjeink kódolják, de felelősek sejtjeink és végső soron testünk működésének szabályozásáért. Ők felelősek többek között a sejtek növekedéséért és osztódásáért. Fehérje eredetűek azok a jelek is, amelyek az apoptózist vagy a programozott sejthalált ellenőrzik, amely egyfajta öngyilkosság, amelynek a károsodott, nem helyrehozható sejtek önként kerülnek alá a további károsodás elkerülése érdekében.

De nem minden bokor oregano, és az összes DNS sem tele van génekkel. A DNS-nek vannak olyan részei, amelyek nem tartalmaznak géneket, ezért nem kódolják a fehérjéket. Valójában sok fajban a DNS csak egy kis része tartalmaz gént. Becslések szerint körülbelül 25 000 génje van szétszórva a DNS-ében, és ezek 3 milliárd bázispárjának csupán 1,5% -át foglalják el. Szeretett kettős spirálod ezen részeit még szemét DNS-nek is nevezték, azt gondolva, hogy haszontalan. Jelenleg különbséget tesznek a fehérjéket kódoló DNS és a nem kódoló között; mindkettő egyesülése alkotja a genomot. A kutatók most úgy vélik, hogy ez a nagyon nagy rész fontos szerepet játszhat a DNS-transzkripció és -replikáció szabályozó mechanizmusaiban, és teljesen biztosak abban, hogy sokat kell tanulnunk a nem kódoló DNS-től.

Végül vannak olyan változások a DNS-ben is, amelyek nem befolyásolják a szekvenciát, vagyis a genomot, de a genetikai aktivitást. Hogy lehet ez? Mivel vannak olyan kémiai vegyületek, amelyek egy génhez kötődnek annak aktivitásának szabályozásához, ezeket a módosításokat epigenetikus változásoknak nevezzük. Az összes olyan vegyület, amelyet a genomjához adtak a génjeinek aktivitásának (expressziójának) szabályozásához, alkotják az epigenomját. Az epigenom osztódó sejtben marad, és egyes esetekben generációról generációra öröklődhet. Ezenkívül kimutatták, hogy epigenomja érzékeny a külső hatásokra, például étrendre vagy szennyező anyagokra. A genom nem változik a test különböző sejtjei szerint, az epigenom igen. A csontnövekedési fehérjék szerencsére nem a te csontjaidban termelődnek. Ha hallgat azokra, akik génben szenvednek, hallani fogja őket, hogy metilezett génekről beszélnek. Mivel a metilezés a gén elnémításának egyik módja, egyszerűen a metilcsoportok hozzáadásával a DNS-szegmenshez, a kapcsolódó fehérje már nem expresszálódik.

Gén kikapcsolása

Tudom, hogy az utolsó bekezdést a "végre" szóval kezdtem, de ellenszenvet kell adnom neked. Saját epigenomod még mindig többet ad önmagából. A kromatinnal konzisztenciát biztosító szerkezeti fehérjék a mag egy másik nagyon kíváncsi jellemzője, a mag topológiai viselkedése mögött állhatnak. Más szavakkal, egy gén aktivitása függ mindattól, amit eddig mondtunk, továbbá a fizikai elhelyezkedésétől a magban. Az egész Theodor Boveri német embriológus csodálatos megérzésének köszönhető, aki már 1900-ban azt javasolta, hogy a daganat egyetlen rákos sejtet eredjen. Azt javasolta egyebek mellett, hogy léteznek olyan kromoszóma területek, amelyekben a DNS-rostok korlátozódtak, amikor a kromoszómákból a kromatinba jutnak, szemben a közelmúltig elfogadottakkal, hogy a szálak teljes rendellenességben keveredtek. 80 év kellett ahhoz, hogy mikroszkópjaink felfedhessék ezt a kíváncsi viselkedést.

Theodor jelenlegi kollégáinak sikerült kimutatniuk, hogy minden kromoszóma, amint a kromatin részévé válik, a magban kijelölt helyet foglal el, "kromoszóma-területtel" rendelkezik. Ezt a kifinomult fluoreszcens jelölési technikáknak köszönhetően érték el, amelyek lehetővé teszik számukra az egyes kromoszómák fluoreszcenciájának külön-külön történő aktiválását. Rendkívül kollimált lézert kell használniuk. De ez általában nem igaz, az embrionális sejteknek hiányoznak ezek a területek, és mint látni fogod, a magyarázat nagyon egyszerű.

Valami, ami az 1930-as évek óta már ismert, az, hogy a mag perifériás területein van egyfajta szuper sűrű kromatin, az úgynevezett heterokromatin. A közelmúltban felfedezték, hogy ezeken a nagy sűrűségű területeken a génaktivitás sokkal alacsonyabb. Néhány DNS-kötőként funkcionáló fehérje epigenetikus kezelő, és attól függően, hogy az egyes sejteknek milyen funkciót kell ellátniuk, az egyes kromoszómák számára a legkényelmesebb helyet keresik. A mag központi része szabadabb, elősegítve a transzkripciós faktorok, az RNS-polimeráz (amelyek általában meglehetősen vastag molekulák) és a közeli gének aktivitását. A csíra- és embrionális sejteknek ki kell aknázniuk teljes genetikai potenciáljukat, ezért hiányzik belőlük az elhallgatott területek és a heterokromatin. Tehát a differenciált sejtekben megtaláljuk a mag központi részét, ahol elősegítik a gének aktiválódását, és egy perifériát, ahol elnémítják. És kromoszomális területeik a sejtek sajátosságainak megfelelő helyeken lesznek. Ezenkívül a sűrű formájú DNS kevéssé lesz elérhető és sokkal jobban védett a támadások ellen.

Az emberi fibroblaszt kromoszóma területei, fluoreszcencia in situ hibridizációs technikával jelölve (1–22 + X + Y kromoszómák)

Ez a kis csoda, amely a sejt, nagy erőfeszítéseket tesz genetikai információink integritásának védelme érdekében. Ahhoz, hogy egy sejt egy végtelen szaporodási ciklusba kerüljön, el kell távolítani a sejtciklus különböző ellenőrzési pontjait és a sejtek működésének különféle akadályait. Sejtjeinknek el lehet némítani ezeket az akadályokat, például: a normális állapotban szaporodó sejtvonalak, mint például a bőr, előnyben lennének ebben a fajban, ezért vannak olyan szövetek, amelyek természetüknél fogva érzékenyebbek mint mások.

Azok az örökletes mutációkkal rendelkező sejtek, amelyek önmagukban nem eredményeznek semmilyen hatást, de más eredetű, más eredetű mutációkkal együtt teszik, szintén növelik annak kockázatát, hogy szenvednek egy ilyen típusú folyamatot. Az örökletes retinoblasztóma gyermekeknél és szinte mindig mindkét szemben nyilvánul meg, ezek az egyének az RB gén egyetlen hibás kópiájával rendelkeznek a 13. kromoszómán. Lényeges esemény a normál RB gén mutációja az egyik sejtben, amely megakadályozza annak funkcionális termelését Rb fehérje. Érdekesség, hogy a szórványos retinoblasztóma idős embereknél fordul elő, és csak egy szemben. Ha a retinoblasztómát eltávolítják, mielőtt rosszindulatúvá válna, ezek a gyerekek gyakran érésig túlélik és gyermekeik vannak, akik viszont örökölhetik a hibás RB-kromoszómát. Fej vagy írás. Számos emberi daganat, például ez az eset, hajlamot mutat örökletes mutáció miatt, még akkor is, ha a kiváltó tényező egy másik nem örökletes (szomatikus) mutáció.

A BRCA1 és BRCA2 gének (Breast Cancer Supceptibility Gen) mutációi paradigmatikus példák, amelyeket Angelina Jolie nemrégiben népszerűsített. Harvey Lodish Molecular Cell Biology című könyvében elmondta, hogy azoknak a nőknek, akik öröklik a BRCA1 mutáns allélját, amely egy tumor növekedést gátló gén, 60% az esélyük az emlőrák kialakulására 50 éves koruk előtt, szemben 2% -kal azokkal, akik ne. A nem örökletes emlőrákban azonban a BRCA1 nem mutálódik. Mindezek a hatások általában multifaktoriális eredetűek (genetika, életmód, környezeti tényezők ...), és hogy közelebb kerülünk azok megértéséhez, ugyanolyan elképesztő, mint bonyolult.

Általánosságban a genetikában még sokat kell vizsgálni, de az elért néhány megállapítás megmutatta számunkra, hogy a gének működésének ismeretének előmozdítása minden szempontból költséges feladat lesz, de olyan lesz, mint felfedezni a titkosítási kulcsot egy üzenetet. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy szó szerint gyógyítsuk meg a betegségeket azáltal, hogy közvetlenül foglalkozunk a probléma forrásával. Első kézből megtudjuk, hol sérülékeny a betegség, és képesek leszünk „unerszonalizálni” a kezeléseket, játszani fogunk a megjelölt kártyákkal. Ma már más eredmények mellett képesek vagyunk diagnosztizálni a magzat genetikai rendellenességeit a magzatvíz elemzésével, sőt olyan embrió kiválasztásával is, amely mentes egy olyan mutációtól, amelyet normális körülmények között örökölt volna a szüleitől. Mindez tudományos-fantasztikusnak tűnik, sőt lehet, még akkor is, ez az orvostudomány egyik nagy reménye, de erről egy másik bejegyzésben kellene beszélni.

Alba egy nyúl volt, amelybe beültették a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) génjét, amely megtalálható néhány medúza esetében. A kék fényben Alba kigyulladt.