У попередньому дописі я сказав вам, що мені потрібно зробити дужки, щоб закінчити огляд органел клітини. Я говорив тобі, що Бідл і Татум зрозуміли, що інструкції щодо побудови білків зберігаються в ДНК цвілі, яку вони використовували в своїх експериментах. Пішовши трохи далі, виявляється, що гени кодують білки, але якщо це так, хто їх синтезує? Який органел відповідає за приєднання амінокислот, що утворюють білок?

стільниковий

Напевно ви вже знали, мова йде про рибосоми, невеликі структури, утворені макромолекулами РНК (рибонуклеїнової кислоти) та білками, які знаходяться в цитоплазмі, в ендоплазматичній сітці або в мітохондріях та хлоропластах. І вони надзвичайно важливі, оскільки їхня місія полягає, я наполягаю на тому, синтезувати білки.

Рибосома, з вальсу поліпептидів, скульптора Мари Г. Гаселтина.

Білки - це ланцюжки амінокислот, але не уявляйте собі ланцюжок людей, які танцюють “la conga de jalisco”, як на весіллі вашого кузена. Я вже розумію, що це було помітно, але, яким би гнучким не був ваш швагер, протеїнова справа йде далі. Ланцюг повинен вміщувати тисячі амінокислот у правильній кількості та порядку, і, якби цього було недостатньо, тоді він повинен бути скручений (за висловом Феміно та Втомленого), ніби не було бога. І це називається складанням, але воно майже не пов’язане з тим, що ви робите з одягом, який дістаєте з сушарки. Амінокислоти білка встановлюють водневі зв’язки та зв’язки інших типів між собою, що дозволяє їм мати тривимірну структуру. Прогнозування тривимірної форми білків є невирішеною проблемою. Крім того, будь-які зміни в цій структурі можуть означати втрату функціональності або те, що білок більше не піддається метаболізму. Якщо це ненормальне згортання також є "заразним" при контакті, як у випадку з пріонами, це може стати тривожною проблемою для здоров'я. Занепокоєння, як губчаста енцефалопатія великої рогатої худоби, або хвороба божевільних корів.

Незважаючи на це, вони можуть здатися вам не дуже схожими, але протеїн надзвичайно важливий для вас. Я дам вам приклад домашніх справ, які зазвичай мають ваші білки:

  • Актинові нитки, що дозволяють м’язам скорочуватися або клітинам підтримувати форму, цитоскелет, складаються з груп білків.
  • Імуноглобулін - це білок, і це також антитіло, тобто хороші хлопці з фільму, і повірте мені, коли я скажу вам, що вашим рибосомам зручно мати можливість виробляти білки ваших антитіл з певною радістю.
  • Фенілаланінгідроксилаза - це фермент, що дає можливість перетворювати одну амінокислоту (фенілаланін) в іншу (тирозин); фенілкетонурія - досить серйозне вроджене захворювання, спричинене нестачею цього ферменту, хоча, на щастя, спадковий характер є рецесивним.
  • Феритин є головним відповідальним за зберігання заліза у хребетних, це поліпептид, тобто об’єднання кількох білків, і якщо ви не продукуєте достатньо, у вас буде анемія.
  • Або, колись закінчується, гормон росту, який також є білком, що виробляється в клітинах гіпофіза і регулює ріст клітин.

Що б ми робили без білка? Я нічого не думаю.

На даний момент ми дійшли до галузі хімічних вісників: гормонів, нейромедіаторів, феромонів ... які вирізають тріску у вашому організмі. Там ти робиш те, що вони говорять. Ці типи містять білки, коли вони не повністю з них складаються. Вони наказують клітинам ділитися, теломери подовжувати (теломеразу), сприяють розвитку ангіогенезу (судинний фактор росту ендотеліального судини, VEGF) ... Але з великою силою приходить велика відповідальність. А особа, відповідальна за все це - ДНК. Ви побачите, як це виходить.

Згідно з "Центральною догмою біології", кожен ген кодує білок. Дотримуючись послідовності основ ДНК, кожна група з трьох відповідає амінокислоті в такому порядку. Кожна група з трьох основ в ДНК називається кодоном, і існує принаймні одна для кожної з двадцяти амінокислот, які ви використовуєте. Звучить просто, так? Хоча ви напевно будете дивуватися "але ... звідки вони можуть це знати?" Не хвилюйся, я вже маю. Я роблю це постійно. І вони мені відповіли.

Розумієте, це було Георгій Гамов, Український фізик-теоретик, який, крім того, що був батьком теорії альфа-розпаду за допомогою тунелювання, запропонував, щоб кількість основ, що кодують амінокислоту, було три. Зрозуміло: варіацій з повторенням чотирьох елементів, взятих по два, існує лише 4 2, тобто 16. Живі істоти використовують від 20 до 22 амінокислот, тому кількість комбінацій буде недостатньою для їх кодування. Однак, якщо ми візьмемо їх три на три, вони становитимуть 4 3, що дорівнює 64, тому потрібно було б принаймні три бази.

Для уточнення цих даних був розроблений геніальний експеримент, в ході якого була введена мутація гена Т4 ДНК вірусу бактеріофага, використаний мутаген встав або видалив основу гена. Гени, мутовані один-два рази, не змогли виробляти білки, але вони це зробили, коли вони містили три мутації. Це отримало назву експерименту Крик, Бреннер, Барнет, Воттс-Тобін і це було проведено в 1961 році групою молекулярних біологів, яка дала йому свою назву. До речі, цей Крик - той самий, що з’являвся раніше за пропозицію подвійної спіралі.

Отже, є 64 комбінації. Це те, що називається дегенерацією кодону, але не хвилюйтеся, це не означає, що кодони нестримно відмовляються від помірної парафілії, це просто означає, що існує більше одного кодону для кожної амінокислоти, але ця інформація закодована в Ваша ДНК повинна транспортуватися Навіть ваша рибосома, яка відповідає за синтез білків. Для цього нам потрібна РНК.

РНК, або рибонуклеїнова кислота, дуже схожа на ДНК, але під час тесту на гостроту зору ви виявите три основні відмінності. Для початку РНК-структура складається з рибози, тоді як ДНК підтримується ланцюгом молекул дезоксирибози, яка подібна до рибози, яка через ці речі в житті втратила атом кисню. Деталь. Пізніше ви побачите різницю в основах: замість тиміну, як партнера актину, РНК має урацил. І нарешті, найпомітніша і найважливіша РНК людини є лінійною та одноланцюговою, що дозволяє їй згортатися, створюючи зв’язки між основами одного і того ж ланцюга і таким чином утворюючи структури всередині клітини, такі як рибосоми або теломераза. відповідає за розширення кінцевих секторів хромосом або теломер. Хоча в деяких вірусах РНК може утворювати подвійну спіраль і містити свій генетичний код, тому ДНК і РНК досить схожі.

Весь цей шебанг починає діяти, коли фермент РНК-полімерази, який ковзає по одному з ніжок ланцюга ДНК, розкриваючи його, як блискавка, знаходить певну послідовність, яка ініціює кодування гена, тобто промотора. Коли промоторна послідовність закінчується, цей фермент ініціює транскрипцію ДНК-коду в РНК-повідомлення (мРНК). Існує досить багато типів РНК, і месенджер - це лінійний ланцюг РНК, який містить і транспортує одну копію гена до рибосоми.

Інший тип РНК - це переносна РНК (тРНК), насправді існує одна молекула тРНК на кожен базовий триплет, або антикодон. Кожна молекула тРНК несе амінокислоту, відповідну її антикодону. Уявіть собі, що вони плавають крізь цитогель і анімують термічним збудженням велику кількість тРНК усіх видів. МРНК, яка пройшла шлях від ядра до рибосоми, ковзає і зупиняється кожні три основи, тобто кожен кодон. Коли антикодон тРНК, що пройшов через, збігається з кодоном мРНК в рибосомі, тРНК звільняється від амінокислоти, яку вона несе, і, це, приєднується до ланцюга, що утворює білок або зароджується ланцюг, як називається більш романтичними біологами. Отже, поки нитка мРНК не закінчена. Це трохи складно пояснити, однак це легко намалювати, тому я рекомендую зануритися на наступний веб-сайт (http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.esp.html) для повчання та уточнення.

Рибосома, Матеуш Каціг.

Білки можуть досягати значної довжини, і їх розмір вимірюється кількістю амінокислот. Хоча також враховується його молекулярна маса, яка виражається в Дальтонах або в кілодальтонах (кДа), причому Дальтон еквівалентний одній одиниці атомної маси. Наприклад, дріжджові білки мають 466 амінокислот і 53 кДа. Однак м’язовий компонент, титин, містить 27000 амінокислот і 3000 кДа. Ви бачите, що ваші рибосоми працюють як китайці. Крім того, завдяки згортанню, яке вони зазнають після утворення, білки можуть бути дуже складними тривимірними структурами.

Наш генетичний код схожий на вихідний код програмного забезпечення, це послідовність речень на мові програмування, яка після компіляції дає початок програмі, яка виконує ряд функцій. Якщо ви обробляєте будь-яку мову програмування, ви мене зрозумієте. Я дуже поганий програміст, і мені потрібно кілька спроб, поки компілятор не прийме мій код як хороший, тому що він дуже вишуканий і, принаймні, він подає програмі сигнал "відновлення або апоптозу", оскільки його код помилковий . Коли мені вдається його відновити, синтаксис правильний, програма компілюється і, здається, працює, і тоді є неминучий момент, коли вона зависає або робить не те, що я хотів. Найгірший сценарій - це те, що моя програма в цьому трансі починає перевертати системні ресурси, жорсткий диск заповнюється, і, зрештою, ПК виходить з ладу. І якщо ви не програміст, напевно ви потрапили в подібну ситуацію, керуючи додатком, який я не буду називати, щоб не мати проблем з Microsoft, але ви легко зрозумієте подібне.

Щось подібне відбувається з білками, вони закодовані в наших генах, але вони відповідають за регулювання функціонування наших клітин і, зрештою, нашого організму. Вони відповідають, серед іншого, за ріст і поділ клітин. Також білкового походження є сигнали, які контролюють апоптоз або запрограмовану загибель клітин, що є своєрідним самогубством, якому добровільно піддаються пошкоджені клітини, які неможливо відновити, щоб уникнути подальших пошкоджень.

Але не весь кущ - материнка, а також не вся ДНК упакована генами. Є частини вашої ДНК, які не містять генів, отже, вони не кодують білки. Насправді у багатьох видів лише незначна частина ДНК містить гени. За підрахунками, у вас є близько 25 000 генів, розкиданих по всій вашій ДНК, і вони займають лише 1,5% з ваших 3 мільярдів пар основ. Ці частини вашої улюбленої подвійної спіралі навіть називали непотрібною ДНК, вважаючи це марним. В даний час розрізняють кодуючу ДНК, яка кодує білки, та некодуючу, яка ні; об'єднання обох утворює ваш геном. Зараз дослідники вважають, що ця дуже велика частина може зіграти важливу роль у регуляторних механізмах транскрипції та реплікації ДНК, і вони абсолютно впевнені, що нам є чому повчитися у некодуючої ДНК.

Нарешті, є також зміни в ДНК, які не впливають на послідовність, тобто на геном, але впливають на генетичну активність. Як це може бути? Оскільки існують хімічні сполуки, які приєднуються до гена для регулювання його активності, ці модифікації називаються епігенетичними змінами. Усі сполуки, додані до вашого геному для регулювання активності (експресії) ваших генів, складають ваш епігеном. Епігеном залишається в клітині, що ділиться, і, в деяких випадках, може передаватися у спадок покоління за поколінням. Крім того, було показано, що ваш епігеном чутливий до зовнішніх впливів, таких як дієта або забруднюючі речовини. Геном не відрізняється для різних клітин у вашому тілі, а епігеном. Білки кісткового росту виробляються у ваших кістках, а не в м’язах, на щастя. Якщо ви послухаєте тих, хто ховається з генами, ви почуєте, як вони говорять про гени, які метилюються. Оскільки метилювання є способом приглушення гена, просто шляхом додавання метильних груп до сегмента ДНК асоційований білок більше не експресується.

Вимкнення гена

Я знаю, що останній абзац я розпочав зі слова "нарешті", але мушу викликати у вас неприязнь. Ваш епігеном все ще дає більше від себе. Структурні білки, які надають консистенцію хроматину, можуть стояти за іншою дуже цікавою характеристикою ядра - топологічною поведінкою ядра. Іншими словами, активність гена залежить від усього, що ми сказали до цього часу, і, крім того, від його фізичного розташування в ядрі. Все почалося завдяки чудовій інтуїції Теодора Бовері, німецького ембріолога, який ще в 1900 р. Запропонував, що походженням пухлини є одна ракова клітина. Він також запропонував, серед іншого, існування хромосомних територій, де ДНК-волокна були обмежені при переході від хромосом до хроматину, порівняно з тим, що було прийнято до недавнього часу, що волокна були змішані в загальному розладі, що називається "моделлю спагетті". Минуло 80 років, щоб наші мікроскопи змогли виявити цю цікаву поведінку.

Нинішнім колегам Теодора вдалося показати, що кожна хромосома, як тільки вона стає частиною хроматину, має призначене місце в ядрі, вона має "хромосомну територію". Вони досягли цього завдяки вдосконаленим методам флуоресцентного маркування, які дозволяють активувати флуоресценцію кожної хромосоми окремо. Вони повинні використовувати надзвичайно колімований лазер. Але це неправда загалом, ембріональним клітинам не вистачає цих територій, і, як ви побачите, пояснення дуже просте.

Щось, що було відомо вже з 1930-х років, це те, що в периферійних областях ядра існує тип надгустого хроматину, який називається гетерохроматин. Нещодавно було виявлено, що генна активність набагато нижча в цих районах з високою щільністю. Деякі білки, які функціонують як зв'язуючі ДНК, є епігенетичними вступниками і, залежно від функції, яку повинна виконувати кожна клітина, вони шукають найбільш зручне місце для кожної хромосоми. Центральна частина ядра вільніша, сприяючи активності факторів транскрипції, РНК-полімерази (які зазвичай є досить товстими молекулами) та прилеглих генів. Зародкові та ембріональні клітини повинні використовувати весь свій генетичний потенціал, саме тому їм не вистачає заглушених територій та гетерохроматину. Отже, в диференційованих клітинах ми знайдемо центральну частину ядра, де буде сприяти активація генів, і периферію, де вона буде замовчуватися. І вони матимуть свої хромосомні території в місцях, що відповідають їх клітинній ідіосинкразії. Крім того, ДНК, що знаходиться в щільній формі, буде малодоступною і буде набагато захищенішою від атак.

Хромосомні території в фібробласті людини, що відзначаються технікою флуоресценції in situ гібридизації, (хромосоми від 1 до 22 + X + Y)

Це маленьке диво, а саме клітина, докладає всіх зусиль для захисту цілісності нашої генетичної інформації. Щоб клітина потрапила в нескінченний репродуктивний цикл, слід усунути різні контрольно-пропускні пункти клітинного циклу та різні бар’єри для функціонування клітини. Деякі з цих бар’єрів у наших клітин можуть бути приглушені, наприклад: клітинні лінії, які розмножуються в нормальному стані, наприклад, шкірі, мали б перевагу в цій гонці, отже, є тканини, які за своєю природою є більш чутливими ніж інші.

Клітини зі спадковими мутаціями, які самі по собі не роблять жодного ефекту, але роблять це у поєднанні з іншими мутаціями іншого походження, також збільшують ризик перенести такий процес. Спадкова ретинобластома проявляється у дітей і майже завжди в обох очах, це особи з однією дефектною копією гена RB в хромосомі 13. Основною подією є мутація нормального гена RB в одній з клітин, що заважає їй продукувати Rb білок. Цікаво те, що спорадична ретинобластома зустрічається у літніх людей і лише на одному оці. Якщо ретинобластому видаляють до того, як вона стає злоякісною, ці діти часто доживають до зрілості і народжують дітей, які в свою чергу можуть успадкувати дефектну хромосому RB. Орел чи решка. Багато пухлин людини, наприклад у цьому випадку, мають схильність через успадковану мутацію, навіть якщо пусковим механізмом є інша неспадкова (соматична) мутація.

Мутації в генах BRCA1 і BRCA2 (сприйнятливість до раку молочної залози) є парадигматичним прикладом, який нещодавно популяризувала Анджеліна Джолі. За словами Харві Лодіша у своїй книзі "Молекулярно-клітинна біологія", жінки, які успадковують мутантний алель BRCA1, який є геном, що пригнічує ріст пухлини, мають 60% шансів на розвиток раку молочної залози до 50 років порівняно з 2% тих, хто не робіть. Однак BRCA1 не мутується при неспадковому раку молочної залози. Всі ці ефекти, як правило, мають багатофакторне походження (генетика, спосіб життя, фактори навколишнього середовища ...), і що ми наближаємось до їх розуміння, це як дивно, так і складно.

Загалом, у генетиці ще багато чого потрібно зробити, але кілька зроблених висновків показали нам, що вдосконалення нашого розуміння функції генів буде дорогоцінним завданням у всіх відношеннях, але це буде також як відкриття ключа шифрування повідомлення. Це дозволить нам буквально вилікувати хворобу, безпосередньо звернувшись до джерела проблеми. Ми знатимемо з перших вуст, де хвороба вразлива, і ми зможемо «уніфікувати» методи лікування, ми будемо грати з позначеними картами. Сьогодні ми вже здатні, серед інших досягнень, діагностувати генетичні порушення у плода, аналізуючи навколоплідну рідину і навіть відібравши ембріон, вільний від мутації, яку в звичайних умовах він успадкував би від своїх батьків. Все це здається науковою фантастикою, можливо, це навіть так, навіть незважаючи на це, це одна з найбільших надій медицини, але про це доведеться обговорити в іншому дописі.

Альба була кроликом, якому імплантували ген зеленого флуоресцентного білка (GFP), який міститься у деяких медуз. У блакитному світлі запалала Альба.