В предишния пост ви казах, че трябва да направя скоба, за да завърша прегледа на органелите на клетката. Казвах ви, че Бийдъл и Тейтъм са разбрали, че инструкциите за изграждане на протеините се съхраняват в ДНК на плесента, която са използвали в своите експерименти. Ако отидем малко по-нататък, се оказва, че гените кодират протеини, но ако това е така, кой ги синтезира? Коя органела е отговорна за присъединяването на аминокиселините, които образуват протеин?

клетъчният

Със сигурност вече знаете, става въпрос за рибозоми, малки структури, образувани от макромолекули на РНК (рибонуклеинова киселина) и протеини, които се намират в цитоплазмата, в ендоплазмения ретикулум или в митохондриите и хлоропластите. И те са изключително важни, тъй като, настоявам, мисията им е да синтезират протеини.

Рибозома, от валса на полипептидите, от скулптора Мара Г. Хаселтин.

Протеините са вериги от аминокиселини, но не си представяйте верига от хора, които танцуват „la conga de jalisco“ като на сватбата на братовчед ви. Вече разбирам, че това беше знаменателно, но колкото и гъвкав да е зет ти, протеиновото нещо отива по-далеч. Веригата трябва да побере хиляди аминокиселини в правилния брой и ред и, сякаш това не е достатъчно, тогава тя трябва да бъде усукана (по думите на Faemino и Tired), сякаш няма бог. И това се нарича сгъване, но няма почти нищо общо с това, което правите с дрехите, които изваждате от сушилнята. Аминокиселините на протеина установяват водородни връзки и връзки от друг тип между тях, което им позволява да имат триизмерна структура. Предвиждането на триизмерната форма на протеините е нерешен проблем. Освен това, всяка промяна в тази структура може да означава загуба на функционалност или че протеинът вече не може да се метаболизира. Ако това необичайно сгъване също е „заразно“ при контакт, както в случая с прионите, това може да се превърне в тревожен здравословен проблем. Притеснителен като говежди спонгиформна енцефалопатия или болест на луда крава.

Въпреки това те може да не ви звучат много, но протеинът е изключително важен за вас. Ще ви дам пример за задълженията, които обикновено имат вашите протеини:

  • Актиновите нишки, които позволяват на мускулите да се свиват или клетките да поддържат формата си, цитоскелетът, са изградени от групи протеини.
  • Имуноглобулинът е протеин и той също е антитяло, тоест добрите момчета от филма и повярвайте ми, когато ви кажа, че е удобно вашите рибозоми да могат да произвеждат протеините на вашите антитела с известна радост.
  • Фенилаланин хидроксилазата е ензим, който прави възможно трансформирането на една аминокиселина (фенилаланин) в друга (тирозин); фенилкетонурията е доста сериозно вродено заболяване, произведено от липсата на този ензим, въпреки че за щастие моделът на наследяване е рецесивен.
  • Феритинът е главният отговорен за съхранението на желязо при гръбначните животни, той е полипептид, тоест обединението на няколко протеина и ако не произвеждате достатъчно, ще имате анемия.
  • Или, за да завърши някога, растежен хормон, който също е протеин, който се произвежда в клетките на хипофизната жлеза и регулира клетъчния растеж.

Какво бихме направили без протеин? Мисля, че нищо.

Към този момент стигнахме до областта на химическите пратеници: хормони, невротрансмитери, феромони ... които са това, което реже треската в тялото ви. Там правиш това, което казват. Тези видове съдържат протеини, когато те не са изцяло съставени от тях. Те заповядват на клетките да се делят, теломерите да се удължават (теломераза), насърчават ангиогенезата (фактор на съдовия ендотелен растеж, VEGF) ... Но с голяма сила идва голямата отговорност. И човекът, отговорен за цялото това нещо, е ДНК. Ще видите как става.

Според "Централната догма на биологията" всеки ген кодира протеин. Следвайки последователността на ДНК основите, всяка група от три съответства на аминокиселина, в този ред. Всяка група от три основи в ДНК се нарича кодон и има поне по една за всяка от двадесетте аминокиселини, които използвате. Звучи просто, а? Въпреки че със сигурност ще се чудите "но ... как могат да знаят това?" Не се притеснявайте, вече имам. Правя го непрекъснато. И те ми отговориха.

Виждате ли, беше Джордж гамов, Украинският физик-теоретик, който освен че е баща на теорията за алфа-разпадането чрез тунелиране, предложи броят на основите за кодиране на аминокиселина да бъде три. Ясно е: вариации с повторение на четири елемента, взети два по два, има само 4 2, т.е. 16. Живите същества използват между 20 и 22 аминокиселини, така че броят на комбинациите би бил недостатъчен, за да ги кодира. Ако обаче ги вземем три по три, те ще бъдат 4 3, което е равно на 64, така че ще са необходими поне три бази.

За да се уточни тази информация, е проектиран гениален експеримент, при който е въведена мутация в гена Т4 на ДНК на бактериофаги вирус, използваният мутаген е вмъкнал или елиминирал базата на гена. Гените, мутирали веднъж или два пъти, не бяха в състояние да произвеждат протеини, но го направиха, когато съдържаха три мутации. Наричаше се експеримент Крик, Бренер, Барнет, Уотс-Тобин и е извършено през 1961 г. от групата на молекулярните биолози, която му е дала името. Между другото, този Крик е същият, който се е появявал и преди за предлагането на двойната спирала.

Така че има 64 комбинации. Това се нарича дегенерация на кодон, но не се притеснявайте, това не означава, че кодоните се изоставят широко, за да се получи парафилия, а просто означава, че има повече от един кодон за всяка аминокиселина, но тази информация е кодирана в вашата ДНК трябва да се транспортира Дори вашата рибозома, която е отговорна за синтеза на вашите протеини. За това се нуждаем от РНК.

РНК, или рибонуклеинова киселина, е много подобна на ДНК, но при тест за зрителна острота ще откриете три основни разлики. Като начало, РНК рамката се състои от рибоза, докато ДНК се поддържа от верига от молекули на дезоксирибоза, която е като рибоза, която поради тези неща в живота е загубила кислороден атом. Детайл. По-късно ще видите разлика в основите: вместо тимин, като партньор на актина, РНК има урацил. И накрая, най-видимата и важна, човешката РНК е линейна и едноверижна, което й позволява да се сгъва върху себе си, създавайки връзки между основите на една и съща верига и по този начин да формира структури в клетката като рибозоми или теломераза, което е отговорен за разширяването на крайните сектори на хромозомите или теломерите. Въпреки че при някои вируси РНК може да образува двойна спирала и да съдържа своя генетичен код, така че ДНК и РНК са доста сходни.

Целият този шебанг започва да действа, когато ензимът РНК-полимераза, който се плъзга по един от краката на ДНК веригата, отваряйки го като цип, намира специфична последователност, която инициира кодирането на ген, тоест промотор. Когато промоторната последователност приключи, този ензим инициира транскрипцията на ДНК кода в информационна РНК (тРНК). Има доста видове РНК и пратеникът е линейна верига от РНК, която съдържа и транспортира копие на ген до рибозомата.

Друг вид РНК е трансферната РНК (тРНК), всъщност има по една молекула тРНК за всеки основен триплет или антикодон. Всяка молекула на тРНК носи аминокиселината, съответстваща на нейния антикодон. Представете си, че те плават през цитогела и анимират чрез термично разбъркване голямо количество тРНК от всякакъв вид. ИРНК, която е преминала от ядрото до рибозомата, се плъзга и спира на всеки три основи, т.е. всеки кодон. Когато антикодонът на тРНК, преминал през, съвпада с кодона на иРНК в рибозомата, тРНК се освобождава от аминокиселината, която носи, и това се присъединява към веригата, образуваща протеина или зараждащата се верига, както се нарича от по-романтичните биолози. Така че, докато mRNA веригата не завърши. Това е малко трудно за обяснение, но е лесно да се направи, затова препоръчвам да се потопите в следния уебсайт (http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.esp.html) за поучителни и изяснителни.

Рибозома, от Матеуш Кациг.

Протеините могат да достигнат значителна дължина и размерът им се измерва в броя на аминокиселините. Въпреки че се взема предвид и неговата молекулярна маса, която се изразява в далтон или килодалтон (kDa), като далтон е еквивалентен на една атомна единица маса. Например, дрожжевите протеини имат 466 аминокиселини и 53 kDa. Въпреки това, мускулният компонент, титинът, има 27 000 аминокиселини и 3000 kDa. Виждате, че вашите рибозоми работят като китайски. Освен това, поради сгъването, което претърпяват след образуването си, протеините могат да бъдат силно сложни триизмерни структури.

Нашият генетичен код е като изходния код на софтуера, това е поредица от изречения в програмен език, който веднъж съставен, поражда програма, която изпълнява серия от функции. Ако се справите с който и да е език за програмиране, ще ме разберете. Аз съм много лош програмист и ми отнема няколко опита, докато компилаторът не приеме кода ми като добър, защото той е много изискан и като минимум дава сигнал за „поправка или апоптоза“ на програмата, защото кодът й е грешен. Когато успея да го поправя, синтаксисът е правилен, програмата се компилира и изглежда работи, а след това е неизбежният момент, когато увисва или не прави това, което аз исках. Най-лошият сценарий е, че моята програма, в този транс, започва да свива системните ресурси, твърдият диск се пълни и в крайна сметка компютърът се срива. И ако не сте програмист, със сигурност сте попаднали в подобна ситуация, управлявайки приложение, което няма да назова, за да няма проблеми с Microsoft, но лесно ще разберете сходството.

Нещо подобно се случва с протеините, те са кодирани в нашите гени, но те са отговорни за регулирането на функционирането на нашите клетки и в крайна сметка на нашия организъм. Те са отговорни, наред с други неща, за растежа и деленето на клетките. Също така от протеинов произход са сигналите, които контролират апоптозата или програмираната клетъчна смърт, което е един вид самоубийство, на което доброволно се подлагат увредени клетки, които не могат да бъдат възстановени, за да се избегнат допълнителни щети.

Но не целият храст е риган, нито цялата ДНК е пълна с гени. Има части от вашата ДНК, които не съдържат гени, следователно те не кодират протеини. Всъщност при много видове само малка част от ДНК съдържа гени. Смята се, че имате около 25 000 гена, разпръснати в цялата ви ДНК и че те заемат само 1,5% от вашите 3 милиарда базови двойки. Тези части от любимата ви двойна спирала дори са били наричани боклуци ДНК, мислейки, че това е безполезно. Понастоящем се прави разлика между кодираща ДНК, която кодира протеини, и некодираща, която не; обединението и на двете формира вашия геном. Сега изследователите вярват, че тази много голяма част може да играе важна роля в регулаторните механизми на транскрипцията и репликацията на ДНК и са абсолютно сигурни, че имаме много да научим от некодиращата ДНК.

И накрая, има и промени в ДНК, които не засягат последователността, тоест генома, но влияят върху генетичната активност. Как може да бъде това? Тъй като има химични съединения, които се свързват с ген, за да регулират неговата активност, тези модификации се наричат ​​епигенетични промени. Всички съединения, които са добавени към генома ви, за да регулират активността (експресията) на вашите гени, съставляват вашия епигеном. Епигеномът остава в деляща се клетка и в някои случаи може да бъде наследен поколение след поколение. Освен това е доказано, че вашият епигеном е чувствителен към външни влияния като диета или замърсители. Геномът не се различава за различните клетки в тялото ви, епигеномът се различава. За щастие протеините за костен растеж се произвеждат в костите, а не в мускулите. Ако слушате онези, които се надуват с гени, ще ги чуете да говорят за гени, които са метилирани. Тъй като метилирането е начин за заглушаване на ген, просто чрез добавяне на метилови групи към сегмент на ДНК, свързаният протеин вече не се експресира.

Изключване на ген

Знам, че последният абзац започнах с думата „най-накрая“, но трябва да ви откажа. Вашият епигеном все още дава повече от себе си. Структурните протеини, които придават консистенция на хроматина, могат да стоят зад друга много любопитна характеристика на ядрото, топологичното поведение на ядрото. С други думи, активността на гена зависи от всичко, което казахме досега, и освен това от физическото му местоположение в ядрото. Всичко започна благодарение на прекрасната интуиция на Теодор Бовери, германски ембриолог, който още през 1900 г. предложи, че произходът на тумора е една ракова клетка. Той също така предложи, наред с други неща, съществуването на хромозомни територии, където ДНК влакна са били затворени при преминаване от хромозоми към хроматин, в сравнение с това, което се приемаше доскоро, че влакната се смесват в пълно разстройство, наречено "модел на спагети". Отне 80 години, за да могат нашите микроскопи да разкрият това любопитно поведение.

Настоящите колеги на Теодор са успели да покажат, че всяка хромозома, след като стане част от хроматина, има определено място в ядрото, има "хромозомна територия". Те са постигнали това благодарение на усъвършенстваните флуоресцентни техники за маркиране, които им позволяват да активират флуоресценцията на всяка хромозома поотделно. Те трябва да използват изключително колимиран лазер. Но това не е вярно като цяло, на ембрионалните клетки липсват тези територии и, както ще видите, обяснението е много просто.

Нещо, което вече е известно от 30-те години на миналия век е, че в периферните области на ядрото има тип свръх плътен хроматин, наречен хетерохроматин. Наскоро беше открито, че генната активност е много по-ниска в тези райони с висока плътност. Някои протеини, които функционират като ДНК свързващи вещества, са епигенетични въвеждачи и в зависимост от функцията, която всяка клетка трябва да изпълнява, те търсят най-удобното място за всяка хромозома. Централната част на ядрото е по-свободна, благоприятстваща активността на транскрипционните фактори, РНК полимеразата (които обикновено са доста дебели молекули) и на близките гени. Зародишните и ембрионалните клетки трябва да използват пълния си генетичен потенциал, поради което им липсват заглушени територии и хетерохроматин. Така че в диференцираните клетки ще открием централна част от ядрото, където ще се насърчава активирането на гените и периферия, където тя ще бъде заглушена. И те ще имат своите хромозомни територии в местата, съответстващи на тяхната клетъчна идиосинкразия. Освен това ДНК, която е в плътната си форма, ще бъде малко достъпна и ще бъде много по-защитена от атаки.

Хромозомни територии в човешки фибробласт, белязани от флуоресценция in situ хибридизационна техника, (хромозоми 1 до 22 + X + Y)

Това малко чудо, което е клетката, полага големи усилия, за да защити целостта на нашата генетична информация. За да влезе клетка в безкраен репродуктивен цикъл, трябва да бъдат премахнати различни контролни точки от клетъчния цикъл и различни бариери пред клетъчната функция. Нашите клетки могат да успокоят някои от тези бариери, например: клетъчните линии, които се разпространяват в нормално състояние, като тези на кожата, биха имали предимство в тази раса, следователно има тъкани, които по своята същност са по-чувствителни отколкото други.

Клетките с наследствени мутации, които не произвеждат никакъв ефект сами по себе си, но го правят заедно с други мутации с друг произход, също увеличават риска от страдание от процес от този тип. Наследственият ретинобластом се проявява при деца и почти винаги и в двете очи, това са индивиди с единично дефектно копие на гена RB на хромозома 13. Същественото събитие е мутацията на нормалния ген RB в една от клетките, което му пречи да произвежда функционални Rb протеин. Любопитното е, че спорадичен ретинобластом се среща при възрастни индивиди и само на едното око. Ако ретинобластомът бъде отстранен, преди да стане злокачествен, тези деца често оцеляват до зрялост и имат деца, които от своя страна могат да наследят дефектната RB хромозома. Ези или тура. Много човешки тумори, като този случай, показват предразположение поради наследствена мутация, дори ако спусъкът е друга ненаследена (соматична) мутация.

Мутациите в гените BRCA1 и BRCA2 (ген за чувствителност към рак на гърдата) са парадигматичен пример, популяризиран наскоро от Анджелина Джоли. Според Харви Лодиш в книгата си "Молекулярно-клетъчна биология" жените, които наследяват мутантния алел на BRCA1, който е ген за потискане на туморния растеж, имат 60% шанс да развият рак на гърдата преди 50-годишна възраст, в сравнение с 2% тези, които недей. BRCA1 обаче не е мутирал при ненаследствен рак на гърдата. Всички тези ефекти обикновено имат многофакторен произход (генетика, начин на живот, фактори на околната среда ...) и че все повече се приближаваме към тяхното разбиране е толкова удивително, колкото и сложно.

Като цяло остава много да се направи в генетиката, но малкото констатации, които бяха направени, ни показаха, че подобряването на нашето разбиране за функцията на гените ще бъде скъпа задача във всяко отношение, но също така ще бъде като откриването на ключа за криптиране на съобщение. Тя ще ни позволи буквално да излекуваме болестта, като се обърнем директно към източника на проблема. Ще знаем от първа ръка къде е уязвима болестта и ще можем да „универсализираме“ леченията, ще играем с маркираните карти. Днес ние вече сме способни, наред с други постижения, да диагностицираме генетични нарушения при плода, като анализираме околоплодните води и дори изберем ембрион, който няма мутация, която при нормални условия би наследила от родителите си. Всичко това изглежда като научна фантастика, дори може да е, дори и така, това е една от големите надежди на медицината, но това би трябвало да бъде обсъдено в друга публикация.

Алба е заек, на който е имплантиран ген за зелен флуоресцентен протеин (GFP), който се среща в някои медузи. На синята светлина Алба светна.