Prawda

Poniedziałek, 8 sierpnia 2022 - 06:01

« Poprzedni Następny »


Dlaczego kod genetyczny nie jest uniwersalny


Matthew Cobb 2014-10-06


Jerry A. Coyne:


W tym poście Matthew – który jest znawcą w tej dziedzinie – odpowiada na pytanie o kod genetyczny, które dostałem od pewnego studenta . Natychmiast przekazałem je Matthew, który napisał obszerną odpowiedź. Pisze on właśnie popularnonaukową książkę o kodzie genetycznym.


Gdyby były jakieś wątpliwości, co rozumie się przez określenie “kod genetyczny”, to odnosi się ono do tego, jak sekwencja zasad w DNA (są cztery takie zasady) zostaje przetłumaczona na aminokwasy, składniki białek i produkt większości genów. Jak Matthew opisuje poniżej, jest to kod „trójkowy”: każda przylegająca grupa trzech zasad DNA koduje jeden aminokwas. Ponieważ istnieją cztery zasady, istnieją 64 możliwe trójki („kodony”), które w sumie kodują 20 aminokwasów. Znaczy to, że niektóre aminokwasy są kodowane przez więcej niż jedną sekwencję trójkową.


Tutaj jest kod oparty na tłumaczeniu DNA przez RNA (DNA zostaje transkrybowane w RNA zanim następuje translacja w białka). Dla jakiejkolwiek sekwencji trzech zasad zestawiasz najpierw literę z kolumny po lewej, następnie z rzędu na górze i na koniec z kolumny po prawej. Tak więc, na przykład, CAU będzie „His” czyli aminokwas histydyna. „Stop” odnosi się do kodonów STOP: kiedy proces syntezy białka w rybosomach natyka się na ten kodon, translacja zatrzymuje się i łańcuch aminokwasów kończy.


Ten kod jest niemal uniwersalny (post Matthew zajmuje się rzadkimi wyjątkami), co daje nam przekonanie, że współczesne życie pochodzi od jednego przodka. Gdyby było więcej początków życia niż jeden i potomkowie niezależnie rozwinęliby system DNA—>białko, byłoby bardzo nieprawdopodobne, że wszystkie współczesne gatunki miałyby ten sam kod.



Matthew Cobb:


Glendon Wu, doktoryzujący się w immunologii na University of Pennsylvania, zadał pytanie. Był niedawno na wykładzie i dowiedział się, że mitochondria – małe, wytwarzające energię struktury znajdujące się w komórkach wszystkich organizmów wielokomórkowych, a także w niektórych organizmach jednokomórkowych, takich jak drożdże (ta grupa nazywana jest eukariontami) – zawiera inny kod genetyczny niż reszta z nas. Innymi słowy, twoje komórki zawierają dwie różne wersje kodu genetycznego – jedna dla twojego ludzkiego DNA i druga dla DNA w twoich mitochondriach. Zrozumiałe, że zaintrygowało to Glendona i chciał wiedzieć więcej. 


Tak się składa, że kończę właśnie książkę popularnonaukową o wyścigu zmierzającym do złamania kodu genetycznego (Life’s Greatest Secret). Chociaż część historyczna kończy się na roku 1967, ostatnie trzy rozdziały doprowadzają opowieść do dnia dzisiejsego, a to obejmuje istnienie alternatywnych kodów genetycznych. To co piszę poniżej to jest zaadaptowana wersja części jednego z tych rozdziałów.


Kod genetyczny zawarty jest w twoim DNA i składa się z 64 trzyliterowych „słów” (znanych jako tryplety albo kodony), z których 61 jest kodami dla 20 aminokwasów potrzebnych twojemu ciału do stworzenia białek, oraz trzech, które mówią „stop”. Jeden kodon koduje zarówno aminokwas, jak również oznacza „start”.


Mamy cztery różne rodzaje liter (A, C, G i T w DNA; kiedy informacja genetyczna ulega ekspresji, przechodzi do RNA, gdzie U zastępuje T), a więc z czterema możliwymi literami na każdej z trzech pozycji w kodonie mamy 4 x 4 x 4 = 64 różne kodony.


W 1967 r. rozszyfrowano ostatnie słowo kodu genetycznego. Był to trzeci kodon STOP – UGA (ze skomplikowanych powodów nazwano go opal). Wszyscy, którzy pracowali z kodem genetycznym, zakładali, że ten kod będzie uniwersalny, to jest, że całe życie na Ziemi będzie używało tego samego sposobu reprezentowania aminokwasów w DNA i RNA. Jak to powiedział w 1961 r. Jacques Monod: „co jest prawdą dla E. coli, jest prawdą dla słonia”.


W listopadzie 1979 r. grupa w Cambridge odkryła, że w ludzkich mitochondriach UGA nie koduje stopu, ale zamiast tego produkuje aminokwas tryptofan. Kod genetyczny nie tylko nie jest uniwersalny, ale ten sam organizm może zawierać dwa różne kody genetyczne, jeden w genomowym DNA i drugi w mitochondriach.


Ten fakt mówi nam coś fundamentalnego o historii życia na naszej planecie. W 1967 r. biolog amerykańska Lynn Margulis zaczęła twierdzić, że mitochondria nie są jedynie mikrostrukturami w naszych komórkach, ale są pozostałością niezależnego organizmu jednokomórkowego, który miliardy lat temu zlał się z przodkiem wszystkich organizmów eukariotycznych, prawdopodobnie jako część stosunku symbiotycznego. Nie ona pierwsza wysunęła tę myśl – na początku XX wieku zarówno Paul Portier, jak Ivan Wallin sugerowali, że mitochondria mogą być symbiontami.


Margulis argumentowała, że te symbiotyczne bakterie zostały następnie zamknięte we wszystkich naszych komórkach i utraciły niezależność, ale nie utraciły własnego, oddzielnego genomu – maleńkiego koła DNA o długości około 15,5 tysiąca zasad (dla porównania, ludzki genom jądrowy zawiera około 3 miliardów zasad). Wygląda na to, że wszystkie mitochondria we wszystkich eukariontach na planecie mają wspólnego przodka, który żył 1,5 miliarda lat temu.


Podobne rzeczy zdarzyły się w roślinach, które w podobny sposób zyskały swoje wytwarzające energię organelle chloroplastu. W obu wypadkach trwają spory o to, jaki właściwie rodzaj mikroba zlał się z czym, a przede wszystkim o szybkość, z jaką to się zdarzyło, ale większość naukowców uważa obecnie, że było to pojedyncze wydarzenie, które umożliwiło temu nowemu organizmowi hybrydowemu na rośnięcie do większych rozmiarów i zdobycie energii wymaganej przez bardziej złożone organizmy.


Niezmiernie małe rozmiary genomu mitochondrialnego i jego osobliwe użycie kodonów można wyjaśnić historią tego symbiotycznego stosunku. Genom mitochondrialny koduje bardzo mało białek – albo stracił większość innych genów przed lub krótko po fuzji z naszymi przodkami, albo zostały one włączone w genomowy DNA gospodarza – a więc pojawienie się nowych kodonów w DNA mitochondrialnym poprzez mutację nie miałoby istotnego wpływu na symbionta, którego większość potrzeb zaspokajała komórka gospodarza.


Nie tylko mitochondria mają niezwykły kod genetyczny. W wielu odkryciach, poczynając od 1985 r. stwierdzono, że jednokomórkowe orzęski – maleńkie organizmy takie jak Paramecium – wykazują odmiany jądrowego kodu genetycznego, które pojawiły się kilkakrotnie podczas ewolucji. U niektórych gatunków orzęsków UAA i UAG kodują kwas glutaminowy zamiast stop, podczas gdy u innych UGA koduje tryptofan.


W kilku rzadkich wypadkach w organizmach jednokomórkowych bez jądra UGA i UAG zostały nawet przekodowane przez dobór naturalny do kodowania dodatkowych aminokwasów, nie znajdowanych normalnie w żywych organizmach – selenocysteiny i pirolizyny. Niedawne badanie 5,6 trylionów par zasad DNA z ponad 1700 próbek bakterii i bakteriofagów wyizolowanych ze środowiska naturalnego, włącznie z ciałem ludzkim, ujawniło, że w znaczącym odsetku sekwencji kodony STOP dostały zadanie kodowania aminokwasów, zaś badanie dotychczas niezbadanych mikrobów ujawniło, że w jednej grupie zadanie UAG zmieniło się ze stop do kodowania glicyny.


Wiadomo, że istnieje ponad 15 alternatywnych, niekanonicznych kodów genetycznych i można założyć, że jeszcze więcej pozostaje do odkrycia. W kodach niekanonicznych niemal zawsze inne zadani wyznaczone jest kodonom STOP; może to wskazywać, że jest coś w maszynerii kodonów STOP, co czyni je szczególnie podatnymi na zmianę, lub też może być po prostu tak, że jak długo organizm może nadal kodować stop przy użyciu drugiego kodonu, przeznaczenie jednego z kodonów STOP na aminokwas nie powoduje żadnych problemów.


Dokładny proces, w jaki zachodzi zmiana w kodonie, był przedmiotem bardzo wielu badań teoretycznych i eksperymentalnych i przedstawiono szereg hipotez, by wyjaśnić, jak mogą powstawać odmiany kodu.


Obecny faworyt nazywa się modelem przechwycenia kodonu i został przedstawiony po raz pierwszy przez Jukesa i Osawę w 1987 r. Według tego modelu losowe efekty, takie jak dryf genetyczny, mogą prowadzić do zniknięcia danego kodonu w danym genomie; byłby to efekt podobny do tego, który prowadzi do przechwycenia kodonu przez tRNA, który koduje innym aminokwas.


Niedawne badanie eksperymentalne genetycznie zmodyfikowanych bakterii, w których sztucznie zastąpiono niektóre kodony, poparły ten model, a nawet sugerowały, że zmiana roli kodonów może być w pewnych warunkach korzystna, dostarczając organizmowi szerszego zakresu funkcji.


Reakcje naukowców na nieuniwersalność kodu genetycznego ujawnia coś ważnego o naturze biologii. Było to zupełnie nieoczekiwane i sprzeczne z wszystkimi założeniami wszystkich badaczy, którzy studiowali kod genetyczny, pokazując, że Monod mylił się – co jest prawdziwe dla E. coli, niekoniecznie jest prawdziwe dla słonia. Mimo jednak tej rewolucji podstawowe stanowisko, ustalone podczas łamania kodu, pozostało nienaruszone.


Ścisła uniwersalność kodu nie była prawem ani nawet wymogiem. Jedynym wymogiem było, że każde odejście od tego założenia da się wyjaśnić w ramach ewolucji i przez dające się przetestować hipotezy o historii organizmów. To zostało z powodzeniem spełnione.


Chociaż kod genetyczny nie jest ściśle uniwersalny, jest bezsporne, że życie powstało tylko raz i że wszyscy pochodzimy od populacji komórek, które żyły ponad 3,5 miliarda lat temu, znanych jako Ostatni Uniwersalny Wspólny Przodek  (Last Universal Common Ancestor) czyli LUCA. Alternatywne kody są cechami wtórnymi – pojawiły się po ewolucji całego obecnego życia.


Fakt, że wszystkie organizmy używają aminokwasów lewoskrętnych i uniwersalność RNA jako sposobu zestawiania aminokwasów i tworzenia białek, są bardzo silnym argumentem na poparcie tej hipotezy. W 2010 r. Douglas Theobold wyliczył, że hipoteza, iż wszelkie życie jest spokrewnione, “jest 102860 razy bardziej prawdopodobna niż najbliższa hipoteza konkurencyjna”.


Odkrytą różnorodność w kodzie można wyjaśnić albo w kategoriach głębokiej historii ewolucyjnej eukariontów – ujawniając w ten sposób fascynujący fakt, że nasza ewolucja zależała do przypadkowego zlania się dwóch komórek – albo czymś niedawnym i lokalnym w historii życia konkretnej grupy organizmów, co prawdopodobnie zdarzyło się w wypadku orzęsków.


Mam nadzieje, że odpowiada to na twoje pytanie, Glendon!


Why the genetic code is not universal

Why Evolution Is True, 28 września 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Matthew Cobb

Biolog i pisarz, mieszka i pracuje w Manchesterze, niedawno w Stanach Zjednoczonych ukazała się jego książka „Generation”, a w Wielkiej Brytanii „The Egg & Sperm Race”. Systematycznie publikuje w "LA Times", "Times Literary Supplement", oraz "Journal of Experimental Biology".


Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj




Komentarze
1. nieścisłość Adam 2020-07-03


Nauka

Znalezionych 1325 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Nauka o wolności: rozmowa z Anną Kryłow   i Anna Kryłow   2022-08-06
Pierwsze dowody kopalne na opiekę nad lęgiem i niezwykły przypadek asymetrii kierunkowej   Coyne   2022-08-05
Badania dowodzą, że fakty nie mają znaczenia: jak propaganda wykorzystuje i normalizuje antysemityzm     2022-08-03
Horyzontalny transfer genów u owadów: jest rozpowszechniony, ale co to znaczy?   Coyne   2022-08-02
Dokonane w Afryce badanie genomu fasolnika egipskiego oznacza krok naprzód w dywersyfikacji światowego zaopatrzenia w żywność   Karavolias   2022-08-01
Grupy anty-GMO przegrywają sprawę sądową w Nigerii    i Nkechi Isaak   2022-07-30
Raz jeszcze: czy rasy są tylko społecznym konstruktem bez naukowego lub biologicznego znaczenia?   Coyne   2022-07-28
„New Yorker” pisze o hoacynie, sugeruje, że koncepcja Darwina drzew ewolucyjnych może być urojeniem   Coyne   2022-07-25
Nazistowscy lekarze i dzisiejsi antysemici: redefinicja etyki, żeby usprawiedliwić prześladowania Żydów     2022-07-18
Carl Sagan i wolność wątpienia   Jacoby   2022-07-18
Jak Darwin spowodował globalne ocieplenie swoją teorią doboru płciowego   Coyne   2022-07-16
Dieta mieszana misiów i innych   Júnior   2022-07-14
Londyńskie Natural History Museum popełnia błąd naturalistyczny - wielokrotnie   Coyne   2022-07-11
Nigeria gotowa na spełnienie oczekiwań rolników     2022-07-08
Szczepionki przeciwko grypie związane ze zmniejszonym ryzykiem choroby Alzheimera   Novella   2022-07-07
Nowoczesność Darwina: w O powstawaniu jest antycypacja neutralnej teorii i przerywanej równowagi   Coyne   2022-07-06
Pinker: “Wojna o ewolucję jest także wojną kulturową”   Coyne   2022-07-05
Raz jeszcze: błędny artykuł o tym, dlaczego teoria ewolucji jest przestarzała   Coyne   2022-07-04
Niech Moc będzie z pszczołą   Júnior   2022-06-28
Dramatyczny wzrost cen paliw kopalnych jest bolesny, ale daje niewielkie korzyści w walce z globalnym ociepleniem   Lomborg   2022-06-25
Efekt grupy – paskudny błąd poznawczy   Novella   2022-06-22
Nasiona z edytowanymi genomami będą miały przystępną cenę   Maina   2022-06-15
„Zapylisz mnie!”: nachalni bohaterowie świata roślin   Júnior   2022-06-11
Agroekologia zmienia biednych farmerów w biedniejszych   Muhumuza   2022-06-09
Kartofel z Matką Boską w jednej klapie i Karolem Marksem w drugiej   Koraszewski   2022-06-06
Jak nasze wspomnienia są powiązane   Novella   2022-06-04
Wielka Brytania dąży do zezwolenia na edytowanie genów   Novella   2022-06-02
„Grubogłowi przedsiębiorcy pogrzebowi w noc żywych trupów”   Júnior   2022-05-31
Coraz mniejsza część głównych plonów roślin jadalnych na świecie idzie na wyżywienie głodnych, a coraz więcej wykorzystuje się do celów niespożywczych     2022-05-28
Naukowiec z Ghany: “Afryka potrzebuje GMO bardziej niż reszta świata”   Gakpo   2022-05-26
GMO i edytowanie genów: jaka jest różnica?   Karavolias   2022-05-23
Toksyczny nektar, czyli ostrożnie z tureckim miodem   Júnior   2022-05-20
Kolejna nieudana i podyktowana ideologią próba wykazania, że płeć u ludzi nie jest binarna   Coyne   2022-05-18
Brian Charlesworth o błędach nowego artykułu rzekomo pokazującego, że fundamentalne założenie ewolucji neodarwinowskiej jest błędne   Coyne   2022-05-16
Trutnie i inni fruwający panowie   Junior   2022-05-13
Wygnanie z uniwersyteckiego świata – dwa lata później   Winegard   2022-05-10
Życie kwitnące po śmierci   Junior   2022-05-05
Organiczne środki owadobójcze są szkodliwe dla pożytecznych owadów     2022-04-30
Oxitec rozszerza próby z komarami GMO, by zredukować szerzenie się malarii   Conrow   2022-04-28
Słowa w wosku zapisane   Tonhasca Junior   2022-04-26
Rodzice, szkoła, państwo: kultura niskich oczekiwań   Koraszewski   2022-04-25
Nowoczesne ulepszanie roślin uprawnych przyjmuje historyczne podejście   Karavolias   2022-04-20
Pierwsza spożywcza roślina GMO w Ghanie   Baffour-Awuah   2022-04-16
Indie zwalniają edytowanie genów z wymaganej dla GMO oceny bezpieczeństwa   Paranjape   2022-04-11
Metamorfozy    Júnior   2022-04-09
Rolnicy nie mogą uprawiać tego, na co ich nie stać   Ongu   2022-04-07
Rośliny zmodyfikowane: odkłamać opinię o GMO   Conrow   2022-04-07
Odmowa szczelinowania jest szaleństwem   Ridley   2022-04-02
Jak wirusy chorób układu oddechowego ewoluują, by stać się łagodniejsze   Ridley   2022-03-22
Czy globalne ocieplenie może być dla nas dobre?   Ridley   2022-03-03
Południowa Afryka powinna przemyśleć regulacje dotyczące genetycznie modyfikowanych roślin   i Priyen Pillay   2022-03-01
Dlaczego środowiskowcy stanowią większą przeszkodę dla skutecznej polityki klimatycznej niż negacjoniści?   Boudry   2022-02-21
O figach i osach   Júnior   2022-02-18
Pień liczący 40 tysięcy lat przekazany Maorysom zamiast nauce   Coyne   2022-02-14
Propaganda anty-GMO obraża drobnych farmerów w Afryce i w Azji   Gakpo   2022-02-08
Jak “tubylcza medycyna” różni się od medycyny   Coyne   2022-02-07
Biotechnologia podnosi plony wysokobiałkowego afrykańskiego pochrzynu   Wetaya   2022-02-04
Spadanie w przepaść   Turski   2022-01-27
Czy koniki morskie coś nam mówią o LGBT? Błąd naturalistyczny popełniony przez Sussex Wildlife Trust   Coyne   2022-01-25
Ojczyznę wolną (od GMO) zachowują pany   Koraszewski   2022-01-22
Namawianie roślin, żeby podjęły ryzyko   Karavolias   2022-01-20
Czy uczenie się metodą prób i błędów jest „nauką”?   Coyne   2022-01-14
Czy gaz i energia jądrowa są “zielone”   Novella   2022-01-12
Ptasia grypa w czasach ludzkiej zarazy   Collins   2022-01-11
Rasa jest kontinuum. Płeć jest cholernie binarna   Dawkins   2022-01-10
Komiczne krzyki o klimatycznej Apokalipsie –— 50 lat nieuzasadnionego siania paniki   Lomborg   2022-01-06
Gnidy, o których PIS ci nie powie   Koraszewski   2022-01-05
Niebezpieczeństwo upolitycznienia nauki   Krylov   2022-01-01
Specjalne przesłanie do muzułmanów na całym świecie   Pandavar   2021-12-28
Nowe badania pokazują, że kraje rozwijające się płacą wysoką cenę za ograniczanie upraw roślin GMO   Maina   2021-12-25
Jajo, które wywołało sensację   Koraszewski   2021-12-24
Pięć powodów zakończenia debaty o GMO   Evanea   2021-12-16
Richard Dawkins pisze do “przyjaciół nauki i rozumu” w Nowej Zelandii   Coyne   2021-12-14
 Syntetyczna biologia oferuje obietnicę rozwiązania globalnego problemu z plastikiem   Agaba   2021-12-13
Nigeria wzywa Afrykę, by szła w jej ślady w sprawie GM wspięgi wężowatej   Opoku Gakpo   2021-12-09
Małe nietoperze idą do przedszkola   Koraszewski   2021-12-06
Afrykańscy naukowcy wzywają do polityki poparcia biologii syntetycznej i innych innowacji   Agaba   2021-12-02
Uprawy GMO zredukowały zatrucia farmerów pestycydami   Maina   2021-11-27
Czy genetyka może pomóc wyeliminować nierówność?   Coyne   2021-11-26
Matematyka i prawdziwa historia katastrofy klimatycznej   Lomborg   2021-11-24
Nigeria daje zielone światło kukurydzy GMO   Conrow   2021-11-22
Ugandyjscy studenci nalegają na powszechne stosowanie biotechnologii i uchwalenie prawa o biobezpieczeństwie   Agaba   2021-11-17
Organiczny eksperyment Sri Lanki   Novella   2021-11-16
Ruanda skwapliwie przyjmuje biotechnologię poprzez ekspansję OFAB   Meeme   2021-11-12
Sprzeciw wobec anulowania Huxleya   Coyne   2021-11-05
Farmerka z Kenii zbiera obfity plon z bawełny GM   Meeme   2021-11-04
Czarni uczeni i nauka o rasizmie   Koraszewski   2021-11-03
Kłusownictwo narzuca na słonie dobór w kierunku ewolucji słoni bez ciosów   Coyne   2021-11-01
Marnujemy naszą wielką szansę na edytowanie genów   Ridely   2021-10-29
“Czarne tygrysy” w małym indyjskim rezerwacie sugerują losowy dryf genetyczny   Coyne   2021-10-26
Wytwarzanie białek w roślinach przez rolnictwo molekularne   Novella   2021-10-20
Strzelby, zarazki, maszyny to zdecydowanie antyrasistowska książka. Dlaczego lewica jej nie kocha?   Barnett   2021-10-13
Nigeryjscy farmerzy nie mogą się doczekać wystarczających ilości GM nasion wspięgi wężowatej   Gakpo   2021-10-12
Dobór płciowy versus dobór naturalny: na przykładzie chrząszczy   Coyne   2021-10-08
Edytowanie genów kluczem do ulepszenia podstawowych upraw w Afryce   Abugu   2021-10-01
Bakłażan GMO jest udokumentowaną wygraną ubogich farmerów   Conrow   2021-09-23
O Jezu, wskrzeszają mamuta!   Koraszewski   2021-09-17
Wszystkie antyizraelskie wiadomości zasługują na publikację   Bard   2021-09-04
Tożsamość etniczna i rasa   Coyne   2021-08-30
Środowiskowcy mylili się – nie stoimy przed apokalipsą owadów   Ridley   2021-08-13

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

„Przebudzeni”


Pod sztandarem


Wielki przekret


Łamanie praw człowieka


Jason Hill


Dlaczego BIden


Korzenie kryzysu energetycznego



Obietnica



Pytanie bez odpowiedzi



Bohaterzy chińskiego narodu



Naukowcy Unii Europejskiej



Teoria Rasy



Przekupieni



Heretycki impuls



Nie klanial



Cervantes



Wojaki Chrystusa



 Palestyńskie weto



Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk