Prawda

Niedziela, 24 października 2021 - 17:28

« 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 1235 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

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
Czy znaleziono najstarszy dowód na istnienie zwierzęcia? Nowa gąbko-podobna skamieniałość liczy 890 milionów lat   Coyne   2021-08-11
Psy rozumieją ludzi   Novella   2021-08-06
Nowy start nauki o życiu w epoce genu   Ridley   2021-08-05
Użycie ognia przez homininy: przykład szybkiej ewolucji kulturowej?   Coyne   2021-08-04
Historia pandemii jest historią zaprzeczania   Jackoby   2021-07-27
Nieuchwytny neuron babci   Novella   2021-07-22
Cierpienie i pytanie, czy przestaniemy jeść mięso   Koraszewski   2021-07-14
Czy nadchodzi hydroponika?   Novella   2021-07-13
Raport Unii Europejskiej o glifosacie   Novella   2021-07-10
Dlaczego ideologii nie należy mieszać z nauką   Coyne   2021-06-30
Nagonka na Izrael grasuje w stowarzyszeniach nauk ścisłych, medycyny i edukacji   Chesler   2021-06-24
Szczęśliwi pracoholicy   Witkowski   2021-06-03
Propaganda w wykonaniu nauczycieli akademickich   Chesler   2021-06-02
Ewolucja wielokomórkowości   Novella   2021-05-07
Polityczna polaryzacja jest przesadzona   Novella   2021-05-04
Wrotki były kiedyś sztandarową grupą istot bez seksu, a teraz sądzi się, że ukradkiem odstawiają szybkie numerki   Coyne   2021-04-22
Błędna historia antykolonializmu   Tupy   2021-04-21
Mayflower wyrusza w podróż raz jeszcze   Koraszewski   2021-04-19
Genetyczny przełącznik CRISPR   Novella   2021-04-16
Wielkie zdarzenie oksydacyjne   Novela   2021-04-09
Kiedy panika klimatyczna zlewa się z kulturą anulowania   Lomborg   2021-04-06
Czy wykształceni ludzie są bardziej antysemiccy?   Albert Cheng i Ian Kingsbury   2021-04-05
Nieoczekiwana historia i cudowny sukces szczepionek   Ridley   2021-03-31
Innowacja jest geograficznie zlokalizowanym i chwilowym zjawiskiem   Ridley   2021-03-29
Czy gąbki są najbliższymi krewnymi pozostałych zwierząt?   Coyne   2021-03-26
Kilka lekcji z rosyjskiej rewolucji. Jak kuszący radykalny nihilizm prowadzi do ekstremizmu   Geifman   2021-03-22
Wracamy do raju?   Łukaszewski   2021-03-18
Ślimakowi morskiemu odrasta tułów z odciętej głowy, czyli “autotomia z kleptoplastią”   Coyne   2021-03-15
Ewolucyjne korzyści udawania ofiary   Clark   2021-03-11
Ludzie i wymieranie megafauny   Novella   2021-03-10
Banany edytowane przez CRISPR   Novella   2021-03-02
Nikczemne grzyby naśladują kwiaty trawy, by ułatwić własne rozmnażanie się   Coyne   2021-02-26
Co zabiło megafaunę Ameryki Północnej?   Novella   2021-02-25
Stresy i nowe szczepy wirusa   Ridley   2021-02-12
EWOLUCJA wirusa Covid-19   Coyne   2021-02-10
Czy „toksyczna kobiecość” jest główną przyczyną bojów o społeczną sprawiedliwość?   Coyne   2021-02-08
Najmniejszy gad (i owodniowiec) świata: BARDZO mały kameleon   Coyne   2021-02-05
Dlaczego kocimiętka i matatabi doprowadzają koty do szaleństwa? Grupa badaczy mówi, że te rośliny mogą chronić je przed komarami   Coyne   2021-02-02
Bądźcie sceptyczni wobec wideo pokazujących “skutki uboczne” szczepionki   Novella   2021-01-28
Szaleństwo odnawialnej energii   Ridley   2021-01-23
Głębia ludzkiej historii   Novella   2021-01-19
Dlaczego szczepionki mRNA mogą zrewolucjonizować medycynę?   Ridley   2021-01-02
Szczepionka mRNA na koronawirusa: świadectwo ludzkiej pomysłowości i mocy nauki   Coyne   2021-01-01
Dziwaczny rodzaj rasistowskiego patriarchatu   Arora   2020-12-31
Centrala muszek owocowych: Bloomington Drosophila Stock Center   Coyne   2020-12-29
Pierwszy raport o używaniu narzędzi przez pszczoły: rodzimy gatunek używa grudek łajna, by odeprzeć drapieżne szerszenie   Coyne   2020-12-23
Nie – żadne chi nie istnieje   Novella   2020-12-21
Moc nauki dostarczyła najlepszej możliwej wiadomości w tym koszmarnym roku   Ridley   2020-12-18
Szczątkowa cecha ptaków, która mogła być funkcjonalna u przodków: zdalne wyczuwanie drgań dziobem (nadal czynne u kiwi)   Coyne   2020-12-16
Paradoks wielce niedoskonałego dobra   Koraszewski   2020-12-11
Nasiona roślin ewoluują, by upodobnić się odchodów antylopy, a oszukane żuki gnojowe odtaczają i zagrzebują nasiona   Coyne   2020-12-10
AI – asystent lekarza   Novella   2020-12-09
Czy problem zwijania białka został rozwiązany?   Coyne   2020-12-05
„Gryzoń skunksowy”, który żuje trujące rośliny i wypluwa truciznę na swoje futro   Coyne   2020-12-02
Intensywne zbieranie leczniczej rośliny przez ludzi prowadzi do ewolucji nowych kolorów liści i kwiatów   Coyne   2020-11-28
Jak ewoluuuje altruizm?   Coyne   2020-11-25
Filozof zainfekowany efektem potwierdzenia wyjaśnia, dlaczego ewolucja dowodzi Boga   Coyne   2020-11-23
Według nowych badań są cztery gatunki pingwinów białobrewych, a nie tylko jeden   Coyne   2020-11-19
Gra w łajdactwo, by zrozumieć łajdaków   Novella   2020-11-18
Ewolucja psów   Novella   2020-11-09
Genomowa i ewolucyjna analiza wymarłego kota szablozębnego   Coyne   2020-10-31
Zakład Simon-Ehrlich po 40 latach   Gale L. Pooley   2020-10-23
Używające narzędzi mrówki budują struktury, by spijać roztwór cukru w pojemnikach, nie topiąc się   Coyne   2020-10-22
Czego pandemia nauczyła nas o nauce?   Ridley   2020-10-19
Przeddarwinowscy “darwiniści”   Berry   2020-10-16
Covid 19 może przejmować kontrolę nad receptorami bólu, uśmierzając ból i podnosząc szerzenie się choroby: możliwy rezultat doboru naturalnego   Coyne   2020-10-15
Znowu wrzawa, że “teoria ewolucji wywrócona”, ale jak zwykle, robią z igły widły   Coyne   2020-10-13
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 4. Rzekome znaczenie dryfu genetycznego w ewolucji   Coyne   2020-10-09
Chromosomy Y ludzi, neandertalczyków i denisowian   Novella   2020-10-08
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 3. Rzekome znaczenie epigenetyki w ewolucji   Coyne   2020-10-07
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 2. Rzekome nieistnienie gatunków   Coyne   2020-10-05
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 1. Genetyczna plastyczność    Coyne   2020-10-03
“New Scientist”: Darwin jednak miał rację    Coyne   2020-10-01
Uprawy GMO i wzrost plonów   Novella   2020-09-28
Książka o psychologii ewolucyjnej, która pokazuje wartość tej dziedziny – ale nie wartość memów   Coyne   2020-09-22
Przyjemności seksu i jagód   Ridley   2020-09-18
Czy można falsyfikować naukowe teorie? Naukowiec odpowiada, że “nie”   Coyne   2020-09-12
Naukowe pismo “Nature” przystaje do Przebudzonych twierdząc, że zarówno płeć, jak gender są niebinarne   Coyne   2020-09-09
Wybór ostatecznej wolności   Witkowski   2020-09-07
Polio zlikwidowane w Afryce   Novella   2020-09-05
Czy wyrazy ludzkiej twarzy są uniwersalne w okazywaniu emocji?   Coyne   2020-09-02
Barwny erudyta J.B.S. Haldane   Coyne   2020-08-28
Modelowanie zbijania się pingwinów cesarskich w gromadę: każdy dostaje równie dużo ciepła   Coyne   2020-08-25
Jak algorytmy wpływają na twoje życie   Novella   2020-08-24
Z okazji dziewięćdziesiątych urodzin Thomasa Sowella   Jacoby   2020-08-22
Prawdziwie długa szyja: 6-metrowy wodny gad z triasu z szyją długości 2,7 metra   Coyne   2020-08-19
Wątrobiane duszki   Novella   2020-08-17
Rozrzedzanie krwi bez groźby krwawienia   Novella   2020-08-14
Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!   Coyne   2020-08-08
Modlitwa to nie jest lekarstwo   Nowella   2020-08-07

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu


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