DNA מחזיק קוד גנטי, אבל מה קורא את זה? 'ג' ין מכונת 'המחבר מסביר

כמו הליבה כמו DNA הוא לעצמנו, הסליל הכפול המפורסם הוא הליבה ללימודי הביולוגיה ברחבי העולם. אבל אלה מולקולות היסוד לא יכול לעבוד לבד. הדנ"א מאחסן את קוד המקור ואת הנתונים כדי לבנות את גופנו, ותגליתו פתחה את הדלת לאינספור חוטים חדשים של מחקר, כולל השאלה "איזה מכונה קוראת את הקוד שלנו?"

נובל זוכה פרס ביולוג Venki Ramakrishnan unravels את המסע כדי להמשיך את התשובה פנימה מכונת ג 'ין: המירוץ כדי לפענח את הסודות של הריבוזום. הוא מניח את המסע השאפתני שלו מול חוסר הוודאות, ומסביר לא רק את המדע בהירות צלולה, אלא גם מציע פרספקטיבה על הפוליטיקה המורכבת סביב רדיפת הידע בענווה.

להלן קטע מתוך מכונת ג 'ין, שפורסם השבוע על ידי ספרים בסיסיים.

מתעוררים מן הערמונית הבראשיתית

איך התחילה החיים היא אחת התעלומות הגדולות של הביולוגיה. כל החיים דורשים צורה כלשהי של אנרגיה בסביבה הכימית הנכונה. יש אנשים שהצביעו על כך שהרבה מהכימיה שמשמשת את החיים דומה לסוג הכימיה המתרחשת בשולי פתחי האוורור הגיאותרמיים באוקיינוס. גם אם זה רק צירוף מקרים כפי שטוענים אחרים, כדאי לחשוב על אילו תנאים אפשרה לחיים לצאת. אבל ביסודו של דבר החיים הם יותר ממערכת של תגובות כימיות; היא היכולת לאחסן ולשכפל מידע גנטי באופן המאפשר צורות חיים מורכבות להתפתח מאלה פרימיטיביים מאוד. לפי קריטריון זה, אין ספק כי אפילו וירוסים חיים, למרות שאנשים נהגו לשאול את זה כי הם צריכים התא המארח להתרבות. עם זאת, כל מי שחלה מווירוס וחווה את הגוף שלו או שלה נלחם בזיהום לא היה ספק כי וירוסים חיים.

הבעיה היתה שבכמעט כל צורות החיים, הדנ"א נשא מידע גנטי, אבל הדנ"א עצמו היה אינרטי ועשוי על ידי מספר גדול של אנזימים חלבוניים, שדרשו לא רק רנ"א אלא גם את הריבוזום כדי להפוך אותם לאנזימים. יתר על כן, הסוכר בדנ"א, deoxyribose, היה עשוי ribose על ידי חלבון מסובך גדול. אף אחד לא יכול להבין איך המערכת כולה יכולה להתחיל. מדענים שחשבו איך התחילו החיים, כמו קריק, לסלי אורגל במכון סאלק בלה ג'ולה וקארל ווז מאוניברסיטת אילינוי, רמזו שאולי החיים התחילו עם רנ"א. בזמנו היתה זו ספקולציות טהורות - כמעט מדע בדיוני - משום שרנ"א לא היה מסוגל לבצע תגובות כימיות.

התגלית של צ 'ק ואלטמן שינתה את כל זה. RNA היה כעת מולקולה שיכולה לשאת מידע כרצף של בסיסים, בדיוק כמו DNA, ויכולה גם לבצע תגובות כימיות כמו חלבונים. כעת אנו יודעים כי אבני הבניין של RNA יכול להיות עשוי כימיקלים פשוטים שיכול היה להיות סביב כדור הארץ לפני מיליארדי שנים. אז אפשר לדמיין איך החיים אולי החלו עם הרבה רנ"א שנעשו באופן אקראי מולקולות עד כמה מהם יכול לשחזר רק את עצמם. ברגע שזה קרה, האבולוציה והברירה הטבעית יכלו לאפשר למולקולות יותר ויותר מסובכות להיעשות, בסופו של דבר אפילו משהו מסובך כמו ריבוזום ראשוני. הרעיון של עולם רנ"א ראשוני, מונח שטבע לראשונה וואלי גילברט, התקבל באופן נרחב.

ייתכן שהריבוזום התחיל בעולם הנשלט על ידי רנ"א, אך מכיוון שהוא יצר חלבונים, הוא הפך לסוס טרויאני. חלבונים התברר כי הם הרבה יותר טוב לעשות סוגים שונים של תגובות מאשר RNA כי חומצות האמינו שלהם מסוגלים לכימיה מגוונת יותר מאשר מולקולה פשוטה יותר RNA. משמעות הדבר היא שככל שנעשו חלבונים, הם התפתחו בהדרגה כדי להשתלט על רוב התפקודים של מולקולות ה- RNA סביב הזמן ועוד. בכך הם שינו את החיים כפי שאנו מכירים אותה. זה עשוי גם להסביר מדוע למרות הריבוזום יש הרבה RNA, האנזימים כי לשכפל DNA או להעתיק אותו RNA כיום עשוי כולו חלבונים. זה כנראה בגלל השימוש DNA כדי לאחסן גנים הגיע מאוחר יותר; באותו זמן, חלבונים היו נפוצים וביצעו את רוב התגובות בתא.

כמובן, זה לא מסביר איך גנים נושאים קוד כדי להפוך חלבונים נולד. הניחוש הטוב ביותר הוא כי צורה מוקדמת של הריבוזומים פשוט עשה מתיחות קצרות של פפטידים אקראיים, אשר עזר לשפר את האנזימים RNA שהיו סביב אז. אבל משם, איך גנים שמקורם בהוראות להפיכת חלבונים שחומצות אמינו קשורות זה לזה בסדר מסוים מאוד היה קפיצת מדרגה והוא עדיין אחד המסתורין הגדול של החיים. וזה בתורו אומר כי בנוסף למקטע גדול, אלמנטים רבים אחרים יצטרכו לבוא לידי קיום: mRNA לבצע את הקוד הגנטי, tRNAs להביא חומצות אמינו, ואת יחידת משנה קטנה כדי לספק פלטפורמה עבור mRNA ו tRNAs לאגד. אבל לפני גילוי של קטליזה RNA, אנשים לא יכלו לראות איך המערכת יכולה החלה אפילו עקרונית.

מובא מתוך מכונת ג 'ין: המירוץ כדי לפענח את הסודות של הריבוזום על ידי Venki Ramakrishnan. זכויות יוצרים © 2018. פורסם על ידי ספרים בסיסיים