Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


DNS a program - RNS a hírvivő

2009.09.05

Köszönöm azokat a kérdéséket, amelyeket levelekben kaptam. Miután sok érkezett, ezért jobbnak érzem, hogy nyilvánosan válaszoljak rájuk. Ez az első ismertető. Ha még további kérdések maradtak megválaszolatlanul, kérem ismét írjátok meg.

EZEK  HITELES  CIKKEK;  BEVEZETŐK  A  N E S-TERÁPIA ÉS AZ INFOCSEPPEK MŰKÖDÉSÉNEK  MEGÉRTÉSÉHEZ. 

ALAPJAIT CSAK AKKOR ÉRTHETJÜK MEG, HA FELFEDEZZÜK ISMÉT, HOGY MIBŐL ÁLLUNK, HOGYAN ÉPÜLÜNK FEL, ÉS A HIBÁS KÓDOKAT MIKÉNT ÍRHATJUK ÁT.

SZEMÉLYES VIZSGÁLATÉRT  ÉS A  HELYES ÚT MEGTALÁLÁSÁÉRT INFORMÁCIÓVAL ÁLLOK RENDELKEZÉSETEKRE:

robgyogy@t-email.hu

Egy kis genetika

2006. dec. 17. 21:41, a bejegyzést BigTom írta 

Az ember örökítő anyaga, tervrajza a DNS. Ez egy négy építőelemből, úgy nevezett bázisból - Adenin, Timin, Citozin és Guanin - álló molekula lánc. Az építő elemek sorrendje hordozza az információt. Minden emberi sejt sejtmagjában megtalálható az adott ember teljes DNS-e.

Az emberi DNS 23 kromoszómapárból áll. A kromószómapárok tagjai azonos funkcionalitásúak (ugyanazokat a géneket kódolják) úgy, hogy a pár egyik tagja az édesanyától a másik tag pedig az édesapától származik. A kromoszómapár két tagja bár azonos funkciójú géneket kódol, a két konkrét gén nem feltétlenül azonos - van aki az egyik szülőjétől a zöld szem génjét örökli, a másik szülőjétől pedig a barnát (és végül barna szeme lesz).

Ha minden tulajdonságért felelős gén kétszer szerepel, akkor mitől függ, hogy melyik gén által meghatározott tulajdonság jut érvényre?

Ez több féle képpen is alakulhat. Van olyan, hogy a két tulajdonság egyformán érvényre jut (így lesz a piros és fehér virág gyermeke rózsaszín), és van olyan is, hogy az egyik domináns, elnyomja a másikat (lásd: az előbbi barna szem példája).

Mi történik, ha az egyik gén hibás?

Ez szintén lehet eltérő. Van olyan betegség ahol a hibás gén válik dominánssá, és van olyan ahol a hibás gént ellensúlyozza a hibátlan - az SMA ilyen - így ha valakinek valamelyik ilyen génpárból az egyik hibás, akkor attól még nem lesz beteg.

Mire jók a gének?

A gének alapján állítják elő a sejtek a szervezet elengedhetetlen építőköveit a fehérjéket. A fehérjék nagyon sokféle funkciót látnak el, például részt vesztnek a test megtámasztásán és mozgatásában, az egyes biokémiai folyamatok katalizálásában és még számos egyéb funkcióban. A fehérjék nélkülözhetetlenek az emberi szervezet számára.

Hogyan történik a fehérje szintézis?

A sejtmagban DNS spirál egy enzim által kijelölt helyen (a gén kezdeténél) szétnyílik, majd ahogy az enzim utazik a DNS lánc mentén, a gén megfelelő bázisaihoz pár képződik. Amint az enzim eléri a gén végét befejeződik az átírás és a DNS lánc mellett a gén területén létrejön egy RNS lánc ami a gén tükörképe. Az Így létrejött RNS molekula még tartalmaz bizonyos a fehérje szintézis szempontjából felesleges részeket, ezért az RNS felszeletelésre kerül, majd a nem lényeges részek kimaradnak, a fontos részek (exon) pedig újra összeillesztésre kerülnek. Így jön létre a hírvivő RNS (mRNS) molekula. Az mRNS ezután elvándorol a fehérje szintézis helyére, ahol a riboszómák az mRNS alapján létrehozzák (átírják) a fehérjét.

A DNS csak génekből áll?

Nem! Az emberi DNS 1,3%-ban tartalmaz géneket, a DNS 98,7%-a jelenleg számunkra alapvetően ismeretlen terület. Sokáig hulladéknak gondolták, mostanra felismerték, hogy valószínűleg nagyon is fontos feladata van, ami valószínűleg a gének működésének a szabályozásával van kapcsolatban.

 

 

Prolin (INN: proline) (Pro vagy P) egy α-aminosav, egyike a 20 fehérjealkotó aminosavnak. Kodonjai a CCU, CCC, CCA és a CCG. Nem esszenciális aminosav, ami azt jelenti, hogy az emberi szervezet képes szintetizálni. Ez az egyetlen olyan fehérjealkotó aminosav, ahol az α-aminocsoprt szekunder amin.

 

 

A génkifejeződés mechanizmusa

Középiskolás tanulmányaiból talán mindenki számára ismert, hogyan is lesz a DNS-ből fehérje. A DNS ugyebár nukleotidokból (adeninből, timinből, guaninból és citozinból) áll. A fehérjék azonban nem közvetlenül a DNS-ből íródnak át, a DNS-ből előbb mRNS (az RNS-ben a timin helyett mindig uracil áll) lesz, ez szolgál később a fehérje-átíródás (transzkripció) "forgatókönyvéül". A fehérjeszintézis helyére, a riboszómákhoz tRNS-molekulák szállítják a fehérjéket alkotó aminosavakat.

Amikor a DNS dekódolási mechanizmusát kezdték keresni, az első probléma ott volt, hogy négy nukleotid van, ez nyilván nem elég a húszféle aminosav kódolásához. Viszonylag hamar rájöttek, hogy egy aminosavat nukleotidhármasok (kodonok) kódolnak; így viszont a kód erősen redundáns lesz, hiszen összesen 64 féle ilyen hármas létezhet.

Persze már az is kérdés, hogy miért pont ez a húsz aminosav játszik szerepet az élőlények felépítésekor. Valószínűleg ezek is fokozatosan épültek be a sejtekbe; egyes elméletek szerint minél redundánsabb egy aminosav kódolása, annál régebben épült be az élő szervezetekbe; persze ez a folyamat már 3,5 milliárd éve befejeződhetett, hiszen minden élő szervezetben valamennyi aminosav megtalálható. Hogy miért pont ezeket az aminosavakat használják az élő szervezetek, az persze további magyarázatra szorul: valószínűleg ezek találhatók meg nagyobb mennyiségben a természetben, na meg valószínűleg evolúciósan ezek voltak a legelőnyösebbek; mindenesetre tény, hogy egyes szervezetek alternatív aminosavakat is fel tudnak használni.

Ez a kód egyébként első pillantásra teljesen univerzális: ugyanazok a kodonok ugyanazokat az aminosavakat kódolják, legyen szó baktériumokról, egysejtű eukariótákról, a mogyorós peléről vagy az emberről. (Ez egyébként mellesleg azt is bizonyítja, hogy a jelenleg ismert élővilág nagy valószínűséggel ugyanattól a közös őstől ered, az élet tehát valószínűleg csak egyszer alakult ki a Földön.) Kérdés persze, hogy ez a kód hogyan alakult ki.

Szintén első közelítésben azt gondolhatnánk, hogy ez a kód abszolút a véletlen műve; maga a folyamat elég konzervatív kellene, hogy legyen. Hiszen a legkisebb változás is a génállomány hihetetlen mértékű változását jelentené: ha csak egy triplet egy másik aminosavat kezdene el kódolni, az szinte az összes fehérje struktúrájának megváltozását jelentené, ami aligha tesz jót a szaporodási képességnek, más szóval fitnessnek.

Az első közelítés azonban ritkán helyes; nincs másképp ebben az esetben sem. A kodonok ugyanis nagy általánosságban véve valóban univerzálisak, ugyanakkor egyes fajokban vannak kisebb változások. Ha azonban a jelenlegi kód is alakul az evolúciós nyomásnak megfelelően, akkor talán nem túl vad az a feltételezés sem, hogy ugyanilyen módon, tehát szelekció révén alakult ki.

A redundanciában bizonyos szabályszerűség is megfigyelhető: a kód mintegy "alkalmazkodik" a transzkripció során gyakran előforduló hibákhoz. Az első, amit érdemes megjegyezni, hogy a redundanciák gyakran a kodon harmadik "betűjénél" fordulnak elő. Az "UUU", tehát uracil-uracil-uracil nukleotidsorrend ugyanúgy a fenilanailt kódolja, mint az "UUC" kód. Az ehhez hasonló "szinonimák" egyáltalán nem véletlenek. Az mRNS és a tRNS összekapcsolásakor a kapcsolódás erőssége pont a harmadik nukleotidnál a leggyengébb fehérjeszintézis közben: ezt a jelenséget hívják az irodalomban "lötyögésnek" (wobble). Az itt keletkező hibák azonban a redundancia révén automatikusan korrigálódnak, hiszen ha rossz tRNS kapcsolódik össze a riboszóma felületén az mRNS-sel, a keletkező nukleinsav ugyanaz marad.

A másik szempont, ami kodonszótár létrejötténél szerepet játszhatott, az az, hogy a kódolás során bekövetkező hibák révén bekerülő aminosavak a lehető legkevésbé rontsák az azt tartalmazó fehérje funkcionalitását. Az egyik ilyen legfontosabb szempont a fehérje vízzel szemben mutatott viselkedése: annak hidrofób vagy hidrofil volta erősen meghatározó a fehérje működése szempontjából. A kisebbik rossz tehát az, ha egy hidrofil aminosav a transzkripció során bekövetkezendő hiba folytán egy másik hidrofil aminosavra cserélődik le.

Lehetőségek a változásra

Mindenekelőtt néhány alapfogalmat kell megismernünk. Egy aminosav "rokon" ("cognate") kodonjának egy olyan nukleotidhármast nevezünk, amely megfelel az univerzális táblában jelölteknek: az UGG kodon tehát a triptofán rokon kodonja. Egy nemrokon (non-cognate) kodonnak olyan nukleotidhármast nevezünk, amely alapesetben nem kódol egy aminosavat: a Candida albicans nevű gombában például a CUG triplet a szerinnek felel meg, holott a CUG nukleotidhármas "normál" esetben leucint jelöl. A CUG tehát a szerin nemrokon kodonja. (A szerző ezúton is elnézést kér az önkényes nómenklatúra-választásért, de az angol nyelvű cikkek nem igazán voltak informatívak a magyar nevezéktant illetőleg.)

Jelenleg kétféle mechanizmus elméletét dolgozták ki egy kodon fordításának megváltozására.

Az egyik szerint először a kodon átmeneti jelleggel "kétértelművé" válik: tehát mutáció során létrejön egy olyan tRNS-molekula, amely egy aminosavat annak egy nemrokon kodonjával párosít össze. Ilyenkor ez és az eredeti tRNS-molekula versenyre kel egymással: egy átmeneti időszakban a transzláció során az adott kodon hol az egyik, hol a másik aminosavra fordul le; nyilván az lesz a döntő, hogy melyik fehérjevariánsok bizonyulnak "életképesebbnek". Egy idő után pedig az örökítőanyagnak már csak a megváltozott jelentése él tovább.

A másik elmélet szerint ilyen kétértelműség nem alakul ki, hanem valamilyen evolúciós nyomás hatására az adenin- és timintartalmú gének kerülnek túlsúlyba a citozin-guanintartalmú génekhez képest, és így egy adott génszakasz a jelentését veszti. (Talán még emlékszünk gimnáziumi tanulmányainkból, hogy a kétszálú DNS-ben a fenti minta szerint rendeződnek párokba a nukleinsavak.) A fenti esethez hasonlóan mutálódott tRNS-molekula később aztán mégis képes lesz "alkalmazkodni" a korábban jelentéssel bíró lánchoz, és így változik meg az eredeti genetikai kód.

Perspektívák

Mi mindennek az értelme? Kísérletekkel igazolható, hogy az univerzális kódtól eltérő szervezetek valóban a fenti módon tettek szert a már említett különbségekre. Így lehetővé válik, hogy esetleg – mesterséges evolúciós nyomást teremtve mintegy "újraindítva" a már egyszer lezajlott folyamatokat – alapvető módon sikerüljön beavatkozni egyes szervezetek anyagcseréjébe, megvalósítva a genetikai kód "újraértelmeztetését". Bizonyos értelemben így maga az evolúció is tanulmányozhatóvá válik.

Trychydts

Irodalom

Jamie M. Bacher, Randall A. Hughes, J. Tze-Fei Wong and Andrew D. Ellington: Evolving new genetic codes. Trends in Ecology & Evolution, Volume 19, Issue 2, 2004. február, 69-75. oldal.
Brian K. Davis: Evolution of the genetic code. Progress in Biophysics and Molecular Biology, Volume 72, Issue 2, 1999. augusztus, 157-243 oldal.
Stephen J. Freeland, Laurence D. Hurst: Evolution encoded. Scientific American, 2004. április; forrás:
www.sciam.com.
Justin M. O'Sullivan, J. Bernard Davenport, Mick F. Tuite: Codon reassignment and the evolving genetic code: problems and pitfalls in post-genome analysis. Trends in Genetics Volume 17, Issue 1,

 

A mappában található képek előnézete A XXI.sz vívmánya:okfeltárás és gyógyulás