Studiem ADN-ul și citim codul genetic
Și atât de multe sute de pagini.
Cum poate un astfel de text monoton, format din numai patru personaje, să codifice instrucțiunile necesare pentru a crea creaturi complexe? Mai mult, cum poți să citești vreodată acest nonsens?
Pentru a înțelege limbajul ADN, trebuie să înveți cum să decodezi genele și genomii cu ajutorul unui cod genetic. Acest lucru ne va permite să comparăm tipurile de organisme cu grade diferite de rudenie - de la rudele cele mai apropiate până la cele foarte îndepărtate, ale căror căi s-au despărțit în primele etape ale evoluției. Realizarea modului în care funcționează evoluția este atunci când începem să înțelegem semnificația comunității și diferențele dintre organisme.
Pentru a cronica ADN-ul a ajutat la înțelegerea cursului istoriei naturale, trebuie să stăpânești ferm limba ADN-ului și mecanismul de organizare a sistemelor vii bazate pe informațiile conținute în ADN. Nu vă faceți griji, să învățați să înțelegeți limba ADN-ului nu este atât de dificilă. Are un alfabet foarte simplu, un set foarte limitat de cuvinte și reguli simple de gramatică. Răsplata muncii tale este abilitatea de a vedea și înțelege procesul evoluției la cel mai fundamental nivel. Sunt de acord că în termeni noi este uneori dificil de înțeles, așadar vă sfătuiesc să marcați această secțiune cu un marcaj și, dacă este necesar, să reveniți la ea.
Proteinele sunt molecule care efectuează tot felul de activități în fiecare organism: transferă oxigenul, formează țesuturi și copiază ADN-ul pentru a fi transmise generației următoare. ADN-ul fiecărui tip de organism conține instrucțiuni specifice (sub formă de cod) necesare pentru construirea acestor proteine.
ADN-ul este format din doua componente formate din patru tipuri de baze. Baza, aceste blocuri chimice ale ADN-ului, desemnate prin literele A, C, G și ADN T. toroane sunt ținute împreună prin legături chimice puternice formate între perechile de baze la cele două filamente: Un perechi intotdeauna cu T, și C - cu G, ambele Acesta este prezentat mai jos:
Dacă știm secvența unei singure fire de ADN, putem recrea secvența părții opuse din ea. Instrucțiunile pentru construirea fiecărei proteine sunt date de o secvență unică de baze ADN (TCGATAA, etc.). În mod surprinzător, întreaga diversitate a vieții de pe planetă este asigurată prin permutarea numai a acestor patru baze. Deci, pentru a înțelege această diversitate, trebuie să descifrăm codul genetic.
Cum sunt construite proteinele și cum înțeleg ce înseamnă funcția lor? Rolul blocurilor de proteine sunt aminoacizii. Fiecare aminoacid este codificat printr-o secvență de trei baze ADN sau un triplet (ACT, GAA, etc.). Proprietățile chimice ale acestor aminoacizi conectați în lanțuri lungi (proteina medie constă din aproximativ 400 de resturi de aminoacizi) determină acțiunea unică a fiecărei proteine. Un fragment ADN care codifică o proteină individuală este numit o genă.
Relația dintre codul ADN și secvența de proteine a fost stabilită cu aproximativ 40 de ani în urmă, când biologii au decodat codul genetic. Decodificarea ADN și construirea de proteine sunt efectuate în două etape. În prima etapă, secvența de bază a unei catene de ADN este transcrisă într-o secvență ARN, numită ARN matriceală (sau informație). Apoi, în a doua etapă, ARNm este tradus în secvența de aminoacizi din care se formează proteina. În celule, codul genetic este citit (din transcriptul mRNA) prin triplete, fiecare determinând un aminoacid (un scurt exemplu este prezentat în partea dreaptă a figura 3.2).
Fig. 3.2. Exprimarea ADN-ului. Reprezentarea schematică a principalelor etape ale transformării ADN-ului într-o proteină funcțională. În stânga este o secvență lungă de ADN care conține mai multe gene. În continuare - expresia unei părți a uneia dintre gene, care are loc în două etape. Mai întâi, unul din lanțurile ADN este transcris în secvența mRNA. ARN-ul mesager este apoi convertită în secvența de proteină, și secvența de trei baze din mARN (t) codifică un aminoacid din proteina (aminoacizi sunt indicate prin literele L, N, P și O). În molecula mRNA, în loc de baza T, se folosește baza U. Figura Lianne Olds.
Există 64 triplet diferite formate prin combinații de baze A, C, G și T în ADN-ul, dar în compoziția de aminoacizi a proteinelor numai 20. Aceasta înseamnă că același aminoacid codifică mai multe tripleți (trei tripleti nu codifice nimic, ci reprezintă terminarea translației ARNm secvență din lanțul proteic, ca punct marchează sfârșitul propozițiilor). Pentru noi, sunteți foarte convenabil (și este de mare importanță evolutivă) că acest cod, cu câteva mici excepții, aceleași pentru toate organismele (de aceea pentru producerea de proteine umane, cum ar fi insulina, se poate folosi bacteriile).
Astfel, cunoscând secvența ADN specifică, este posibil să se determine secvența de proteină codificată acolo. Cu toate acestea, nu toate secvențele de ADN codifică proteinele. O proporție suficient de mare de ADN este "non-codificare". Prima problemă pe care oamenii de știință o întâlnesc atunci când decodifică o secvență lungă de ADN este de a determina începutul și sfârșitul regiunii "codificatoare". Din fericire, acum această problemă este rezolvată pe calculatoare cu ajutorul unor algoritmi specifici care caută perfect și găsesc "ace" în "stivele" ADN-ului.
Secvența de codare a genei medii constă din aproximativ 1200 de baze. La unele specii de organisme, în special bacterii sau drojdii, mii de gene sunt împachetate foarte strâns și separate prin intervale relativ scurte de ADN necodificat. La om și la multe alte creaturi complexe, genele reprezintă doar o mică parte a întregului ADN și sunt separate prin regiuni extinse care nu sunt codificate. Unele dintre aceste site-uri sunt necesare pentru a reglementa funcțiile genelor, iar restul se numesc ADN-uri de gunoi. Acest ADN de gunoi se acumulează în genom ca rezultat al mai multor mecanisme și adesea conține zone repetitive lungi care nu transporta informații. Aceste zone nu sunt îndepărtate din ADN prin selecție naturală, cu excepția cazului în care acestea au un efect dăunător. Nu voi fi o poveste lungă despre ADN-ul, dar nu menționează că nu poate fi, deoarece este o parte semnificativa a genomului nostru - ca marea liberă, care separă grupurile de insule (gene).