Центральная догма молекулярной биологии. Часть 2.

Перед прочтением этой части, настоятельно рекомендуется ознакомиться с
первой частью, в которой рассмотрен основной путь передачи наследственной информации.

Но как впоследствии оказалось, существуют дополнительные пути и даже не вписывающиеся в Догму случаи. 

Например, с открытием ретровирусов (попрошу! это не антикварная лавочка! Это также вирус СПИДа!), а именно тех, которые существуют в виде РНК и способны синтезировать на РНКе  ДНКу, стало ясно, что существует путь
РНК–>ДНК. Это явление получило название
обратной транскрипции, и осуществляется оно с помощью так называемой обратной транскриптазы (белок). Как это происходит: вирус попадает в клетку виде РНК,  делает (транскрибирует) там из себя ДНК и встраивается в хозяйский геном и в дальнейшем продолжает использовать хозяйскую клеточную репликационную машину (что такое репликация мы помним с предыдущего поста) в своих нуждах.

Но помимо этого, некоторые РНКовые вирусы способны сами себя реплицировать, образуя опять РНК.  Это передача информации от
РНК–>РНК. Называется
РНК репликация

И обратная транскрипция и РНК репликация в природе встречаются только у вирусов и на лабораторном столе у молекулярных биологов, потому что использование инструмента обратной транскрипции
обратной транскриптазы это любимый приемчик молекулярных биологов.  

Только в пробирках происходит и еще один пример передачи информации Д
НК–>белок, минуя РНК. Называется это
прямая трансляция вне клетки. Если взять просто кусок ДНК и экстракт рибосом из бактерий, смешать в пробирочке, то рибосомы от нечего делать, берут  первую попавщуюся под руки нуклеиновую кислоту и синтезируют по ней белок. Но в природе такого пока не обнаружили. 

И наконец, если хорошо поискать, то можно найти пример передачи информации
белок–>белок. Буквально недавно были открыты белки
прионы, которые способны садиться на рибосому, поджидать, когда из нее вылазит свеженький здоровенький белок  и скручивать из него себе подобный. Можно было бы считать это опровержением догмы, но мы должны помнить, что прионы меняют только конфигурацию "под себя", но не меняют изначальную аминокислотную (аминокислоты это те, которых 20) последовательность белка.  История с прионами детективна и захватывающая с

хеппи-энд
нобелевской премией в финале. О них я обязательно расскажу поподробнее. 

В общем-то это практически все, что касается Центральной Догмы. В завершение табличка и критика Догмы. 

Я перерисовала из Википедии, а вы перерисуйте себе в тетрадку.  

General Special Unknown
ДНК–>ДНК РНК–>ДНК белок–>ДНК
ДНК–>РНК РНК–>РНК белок–>РНК
РНК–>белок ДНК–>белок белок–>белок

Критика Догмы касается фактически третей колонки из таблички. Потому что грубо говоря, непрямой перенос информации от белка к ДНК существует.  Этим и занимается
эпигенетика. Например, такой себе белок метилаза, если доберется до ДНК и метилирует ее, то никакая мРНК из нее уже не получится, тем более белок. Или есть например свеженасинтезированная мРНК и рибосомы есть, все ожидают, что вот-вот насинтезируется белок. А тут вдруг влючаются белковые системы целенаправленного разрушения мРНК и все. Никакого продукта нет. Эпигенетика это вообще моя любимая отрасль молекулярной биологии, так что я только о ней в основном и песни буду петь. 

Хороших выходных!

Advertisements

Центральная догма молекулярной биологии. Часть 1.

Все, что я собираюсь в дальнейшем писать на околобиологическую тему будет так или иначе завязано на молекулярную биологию и понимание просто невозможно без минимально-простого набора знаний касательно предмета. Этот набор знаний называется "Центральная догма молекулярной биологии" и его надо просто знать. То есть я сейчас постараюсь это кратко и доступно описать для неспециалистов, а вы уже сами решайте, читать или не читать. 

Когда нас в университете надменные биохимики спрашивали, с чего это мы считаем молекулярную биологию наукой, в то время, как это всего-лишь отрасль биохимии, я даже не нашлась что сказать. Потом, вооружившись понятиями из методологии науки, все-таки определила, что наука должна иметь "Объект" и "Методы", отличные от других наук. В это смысле, объект молекулярной биологии – это всего два типа молекул, оба биологические полимеры (то есть это цепочки, которые состоят из мономеров). 

Первый тип молекул это
нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК. Мономеры ДНК это нуклеотиды и их всего четыре: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Мономеры РНК почти те же, за исключением того, что вместо тимина используется урацил (У). 

Второй тип молекул это
белки. Мономер белка – аминокислота. Их есть всего 20 разных. 

(Кроме четырех основных нуклеотидов и 20 аминокислот в природе существуют еще различные вариации, но это мы пока не рассматриваем и для понимания догмы это не важно).

То есть еще раз: молекулярные биологиничего другого не делают, как изучают нуклеиновые кислоты и белки, а точнее их структуру, синтез, распад, свойства и перенос информации из одного типа молекул на другие. 

Про перенос информации поподробнее, ибо это и есть Основная Догма, которую впервые озвучил Фрэнсис Крик в 1970 году в журнале Nature:"
The central dogma of molecular biology deals with the detailed residue-by-residue transfer of sequential information. It states that such information cannot be transferred back from protein to either protein or nucleic acid."  Выглядела тогда эта догма вот так: информация переносится в направлении 
ДНК–>РНК–>белок

С тех пор все изменилось и обросло подробностями, которые если не опрокинули Догму, то существенно ее поправили и дополнили. Но все по-порядку. То есть направление передачи ДНК–>РНК–>белок никто не отменил и это основной поток передачи информации в живой клетки. И сначала про него.

ДНК это двухцепочечный полимер,
находится в клеточном ядре (есть еще не только в ядре, но и в митохондрии например) и способно удваиваться. То есть это передача наследственной информации от родителей к потомкам. Процесс удваивания ДНК называется
репликация.  Репликацию осуществляет комплекс энзимов, который раскручивает полимер, а другой энзимный комплекс синтезирует копию ДНК из отдельных нуклеотидов (тех, которых четыре, и которые А, Т, Г и Ц) по принципу комплементарности (не буду останавливатся на принципе, надеюсь это даже со школы забыть сложно. Скажу только, что для Т комплементарен А, а для Г, соответственно Ц, причем пара ГЦ образует более сильную химическую связь). Напомню, это перенос
ДНК–>ДНК (репликация).


Помимо репликации, на ДНК может происходить синтез матричной РНК (
мРНК). Называется этот процесс
транскрипция. Происходит это там же в ядре. мРНК синтезируется на генных участках генома (да, есть еще другие). Другими словами, мРНК это работающий ген. мРНК одноцепочечная.

Транскрипцию осуществляет энзимный комплекс транскрипционных факторов, которые определяют, какой ген сейчас надо "включить" и насинтезировать из него мРНК, и энзимный комплекс РНК-полимеразы, которая как-раз и синтезирует на ДНК РНКу, по тому же самом принципу комплементарности (только не забываем, что вместо тимидина встраивается урацил). Напомню, это перенос
ДНК–>РНК (транскрипция). 

Насинтезировання
мРНК из ядра переносится в
цитозоль (содержимое клетки). Там она модифицируется, проходит так называемый
процессинг, из нее лишнее вырезается (интроны), надевается шапочка и пришивается длинный хвост из полиаденина. После этого мРНК готова для того, чтобы с нее считали информацию и насинтезировали
белок, согласно коду. Это процесс называется
трансляция. Для этого она встречается с большой машиной, которая называется
рибосома и которая состоит из большого количества запчастей, в основном это белки, структурные и регуляторные, есть также РНК, но вы не путайтесь, это химически РНК, а структурно это кирпич). Рибосома нанизывается на мРНК и включает процесс трансляции. По очереди прочитываются по три нуклеотида (триплет), каждому триплету соответствует одна
аминокислота (которых всего 20), правильную аминокислоту подносят маленькие транспортные молекулы (тоже, кстати, РНК, но вы постарайтесь не путаться, это химически РНК, а функционально это машинка такая). В общем это так выглядит, рибосома едет по мРНК, считывает информацию, а с другой стороны у нее вылазит белок, который затем приводится в порядок, то есть скручивается в клубок. Напомню, это перенос
РНК–>белок (трансляция). 

Остальной перенос информации от РНК на ДНК, от РНК на РНК, от ДНК на белок, а также интересный случай перенсения информации из белка на белок и как на это смотрит  Догма, мы рассмотрим с следующей главе. А на завершение
тест по материалу:

I.Трансляция это:

1. что-то из радио и телевидения?

2. процесс считывания информации с мРНК рибосомой и синтез белка.

3. я все еще путаю транскрипцию и трансляцию.

II.Молекулярные биологи это:

1. недоученные биохимики.

2. ученые, работающие с двумя типами биологических полимеров.

3. согласен с определением по
Юзу Алешковскому

III.Рибосома это:

1. такая рыба

2. путаю с хромосомой

3. молекулярная машина, с помощью которой происходит процесс трансляции. 

IV.Нуклеотидов в природе:

1. 20

2. 4 в ДНК плюс 4 в РНК. Вместе получается 5.

3. 22+X(Y)

 

Почему люди более восприимчивые к вирусу СПИДа, чем обезьяны.

Известно, что люди более воприимчивые к вирусу СПИДа, чем обезьяны. История уходит корнями приблизительно на 4 миллиона лет тому назад, когда шимпанзе и ранний человек уже эволюционно разделились и дальше произошли драматические события, которые и определили нашу сегодняшнюю неустойчивость к вирусу СПИДа. 

Как оказалось, геном шимпанзе содержит следы глобальной вирусной эпидемии, то есть около 100 копий ретровируса PtERV1, которые в результате различных мутаций стали неактивнымы. В то же время, геном человека не имеет ни одного следа этой вирусной атаки. Объяснений этому может быть два: первое, менее вероятное, что человек просто не столкнулся с этим вирусом, и второе, более вероятное, что ранний человек имел эффективную систему защиты от  PtERV1.

Несмотря на то, что вирусные последовательности  PtERV1 в геноме обезъян изрядно мутировали, все-таки американским ученым Shari Kaiser, Harmit Malik и Michael Emerman


удалось реконструировать последовательность вирусного капсидного белка и определить, какой "хозяйский" белок первым "нападал" на вирус, в попытке защитить организм. Таким белком оказался TRIM5{alpha} , который присутствует у всех приматов с разными вариациями и борется с разными вирусными инфекциями с разным успехом. Сравнительный анализ белковой последовательности "белка-защитника" показал следы сильного эволюционного прессинга. Белок как бы затачивался под эффективную защиту.  У раннего человека вариант TRIM5{alpha}  был исключительно эффективным против PtERV1, видимо поэтому в геноме человека следов этой инфекции не обнаружено. 

Но причем тут вирус СПИДа? А в том, что человеческий вариант TRIM5{alpha}  оказался совершенно не эффективен против этого вируса, в то время, как закрепленные мутации у шимпанзе того самого TRIM5{alpha}  , делают его устойчивым к СПИДу. Вот мы и поплатились. 

По материалам Science 22 June 2007: "Restriction of an Extinct Retrovirus by the Human TRIM5

Antiviral Protein" Vol. 316. no. 5832, pp. 1756 – 1758