Prawda

Czwartek, 4 czerwca 2020 - 15:56

« 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 1110 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Rozwiązanie dla obecnego kryzysu   Ridley   2020-06-02
Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28
Ewolucyjne korzenie sztuki   Koraszewski   2020-05-27
Innowacji nie można wymusić, ale można je zdławić   Ridley   2020-05-26
Stymulowanie kory wzrokowej   Novella   2020-05-23
Pora na telemedycynę   Novella   2020-05-19
Czy mrożącą krew w żyłach prawdą jest, że decyzja o zamknięciu społeczeństwa opierała się na luźnych matematycznych spekulacjach?   Ridley   2020-05-15
MMR jest bezpieczna i skuteczna   Novella   2020-05-14
Odporność stada na fakty   Koraszewski   2020-05-13
O COVID wiemy wszystko – i nie wiemy niczego   Ridley   2020-05-12
Nanotechnologia zastosowana do leczenia choroby Alzheimera   Novella   2020-05-11
COVID-19 – To są szkody   Novella   2020-05-05
Nadmiar teorii wszystkiego   Koraszewski   2020-05-04
Zawodnicy – i trudności – w wyścigu do wyleczenia COVID   Ridley   2020-04-30
Psychologia sprzeciwu wobec szczepień   Novella   2020-04-25
Prowokator czy prowokowany?   Witkowski   2020-04-24
Nauka on-line jest skuteczna   Novella   2020-04-23
Mądrość w pułapce autorytetu   Witkowski   2020-04-18
Znaleziono najstarszego “bilaterian”: odkryto podobne do robaka stworzenie wraz z jego skamieniałymi śladami   Coyne   2020-04-16
Nietoperze i pandemia   Ridley   2020-04-14
Pandemia ludzkiej głupoty   Novella   2020-04-12
W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02
Punkt szczytowy inteligencji   Novella   2019-11-30
Likwidowanie przeziębienia miedzią   Novella   2019-11-27
Dlaczego wyjaśnianie problemów przez biały przywilej jest niesłuszne   Rob Henderson   2019-11-25
LiveScience zachwala panpsychizm jako rozwiązanie trudnego problemu świadomości   Coyne   2019-11-22
Jak walczyć z firehosing   Novella   2019-11-19
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

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



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


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