Prawda

Poniedziałek, 18 listopada 2019 - 23:15

« 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






Nauka

Znalezionych 1032 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Odwołajcie antyszczepionkową konferencję w Tel Awiwie   Blum   2019-11-15
Ewolucja dwunożności   Novella   2019-11-14
Granice „przeskoczenia” progu opłacalności   Lomborg   2019-11-13
Dlaczego nie żyjemy w epoce post-prawdy   Pinker   2019-11-11
Śledząc pochodzenie człowieka   Novella   2019-11-09
Skamieniałe trylobity idące gęsiego. Ale dlaczego to zrobiły?   Coyne   2019-11-06
Saga o złotym ryżu   Novella   2019-11-04
Kolejne badanie rolnictwa organicznego   Novella   2019-11-02
Fabrizio Benedetti pyta: “Czy badania placebo wzmacniają pseudonaukę?”     2019-11-01
Nathaniel Comfort raz jeszcze: nauka nie czyni postępów (czy może robi to?)   Coyne   2019-10-31
Pochwała jednoznaczności   Witkowski   2019-10-29
Stare i nowe  troski o bezpieczeństwo żywnościowe   Ongu   2019-10-28
Powrót Adama i Ewy jako rzeczywistych ludzi, jak proponuje kolejna pseudonaukowa teoria   Coyne   2019-10-25
Pradawne przechowywanie żywności   Novella   2019-10-24
Artykuł w naukowym piśmie ”Nature” dyskredytuje naukę i „scjentyzm”, kwestionuje wartości Oświecenia   Coyne   2019-10-22
Błogosławieni ci, którzy wycofują   Jacoby   2019-10-19
Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29
Odrażające życie płciowe pingwinów białookich   Coyne   2019-08-28
Badanie akupunktury jako terapii na dławicę piersiową   Novella   2019-08-23
Pradawna gigantyczna papuga z Nowej Zelandii: metr wysokości i waga 7 kilogramów!   Coyne   2019-08-22
Alaska — nurniczki i obopólny dobór płciowy   Lyon   2019-08-20
Zła nauka promuje organiczne jabłka   Novella   2019-08-19
Gąsienica zmienia kolor, żeby dopasować się do podłoża nie używając oczu: potrafi widzieć skórą!   Coyne   2019-08-16
Pseudonaukowa histeria to nie jest dobra odpowiedź na klimatyczne wyzwania   Lomborg   2019-08-14
GMO i model deficytu wiedzy   Novella   2019-08-12
Po raz pierwszy użyto edytowania genów CRISPR do leczenia zaburzenia genetycznego – anemii sierpowatej   Coyne   2019-08-08
Maskonury z wyspy St. Paul na Alasce   Lyon   2019-08-07
Zbieg okoliczności czy prawo wielkich liczb?   Novella   2019-08-06
I pijcie łzy moje, czyste rzęsiste   Łopatniuk   2019-08-03
Kształtowanie opinii o nauce i medycynie   Novella   2019-08-02
Nowe badanie dotyczące zwrotu zgubionych portfeli: ludzie na świecie są uczciwsi niż myślisz, ale czytelnik wyliczył, że uczciwość jest większa w mniej religijnych krajach   Coyne   2019-08-01
Praktykowanie medycyny bez uprawnień nie jest wolnością słowa   Novella   2019-07-31
Radujcie się, Ziemia staje się zieleńsza   Ridley   2019-07-30
Spiski wokół ptaków   Novella   2019-07-29
Matt Meselson opisuje swój najsłynniejszy eksperyment (z Frankiem Stahlem)   Coyne   2019-07-26
Niemający rozeznania filozof twierdzi, że gatunki nie istnieją   Coyne   2019-07-23
Więcej złych wiadomości dla dilerów witamin   Novella   2019-07-22
Starożytny ptak z nadzwyczaj długim palcem   Coyne   2019-07-19
YouTube i szarlataneria leczenia raka dietą   Novella   2019-07-18
“Współczesny” Homo sapiens mógł być w Eurazji aż 210 tysięcy lat temu   Coyne   2019-07-17
Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych   Novella   2019-07-15
Szczepionka HPV działa. Koniec kropka     2019-07-13
Efekt przechodnia   Novella   2019-07-11
Prątkiem w raka, czyli co ma gruźlica do raka pęcherza   Łopatniuk   2019-07-06
Opowieści o nauce zastępują fikcję w Teatrze Narodowym Ugandy   Ongu   2019-07-05
Pleśń w przestrzeni kosmicznej   Novella   2019-07-03
Pterozaury: Czy umiały latać od razu po wykluciu się?   Coyne   2019-07-02
Ludziom rosną rogi? – Złe informowanie o nauce   Novella   2019-07-01
Przemysł ”wellness”   Novella   2019-06-28
Nazywanie zmiany klimatu ”katastrofalną” utrudnia znalezienie realnych odpowiedzi   Lomborg   2019-06-26
Olbrzymie straszyki mają zostać ponownie wprowadzone na wyspę Lord Howe   Coyne   2019-06-25
Amonit (i masa innych stworzeń) znaleziona w birmańskim bursztynie   Coyne   2019-06-21
Ślubowanie o zniesieniu grzechu   Ridley   2019-06-20
Nowe informacje o dzieciach CRISPR   Novella   2019-06-17
Słonie mają fantastyczny węch (lepszy niż psy): są jedynymi zwierzętami, które potrafią rozróżnić inne ilości pokarmu tylko po zapachu   Coyne   2019-06-14
Indyjscy farmerzy wysiali ziarna GMO w proteście obywatelskiego nieposłuszeństwa     2019-06-13
Chcąc zadowolić antyaborcjonistów administracja Trumpa tnie finansowanie badań medycznych przy użyciu tkanki płodowej   Coyne   2019-06-11
Triumf Mao: Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie akceptuje szarlatanerię tradycyjnej chińskiej medycyny     2019-06-04
Ale jak to bezbarwnikowy?   Łopatniuk   2019-06-01
Na zdrowie: izraelscy naukowcy warzą piwo na ”wskrzeszonych” drożdżach sprzed 5000 lat     2019-05-31
Skąd wiemy to, co wiemy?   Novella   2019-05-28
Samice bonobo (ale nie samice szympansów) pomagają swoim synom w zdobywaniu partnerek   Coyne   2019-05-25
Dlaczego ludzie sprzeciwiają się technologiom, które zmniejszają szkody?   Ridley   2019-05-24
Nowa praca o nielotnych chruścielach rażąco przesadzona i wypaczona w popularnych mediach   Coyne   2019-05-22
Trenowanie sztucznej inteligencji, żeby widziała jak człowiek   Novella   2019-05-21
A polać wielką wodą…   Cipiur   2019-05-18
Wykrywanie kłamstw w mózgu   Novella   2019-05-17
Walka o zachowanie bioróżnorodności   Ridley   2019-05-15
Niezwykły przypadek mimikry: skaczący pająk naśladuje gąsienicę   Coyne   2019-05-14
Selektywnie stosowana koncepcja tabula rasa i ideologicznie motywowane nieporozumienia   Cory Clark   2019-05-09
Dlaczego szarlatani nie powinni nadzorować sami siebie     2019-05-08
Kiedy naukowcy nie tolerują odmiennego zdania   Weber   2019-05-07
Przegapione odkrycia w historii nauki   Ridley   2019-05-02

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej


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