În postarea anterioară v-am spus că trebuie să fac o paranteză pentru a finaliza recenzia organelor celulei. Vă spuneam că Beadle și Tatum își dăduseră seama că instrucțiunile de construire a proteinelor erau stocate în ADN-ul mucegaiului pe care îl foloseau în experimentele lor. Mergând puțin mai departe, se dovedește că genele codifică proteinele, dar, dacă este așa, cine le sintetizează? Care organit este responsabil pentru unirea aminoacizilor care formează o proteină?

celular

Cu siguranță știați deja, este vorba despre ribozomi, structuri mici formate din macromolecule de ARN (acid ribonucleic) și proteine ​​care se găsesc în citoplasmă, în reticulul endoplasmatic sau în mitocondrii și cloroplaste. Și sunt extrem de importante, deoarece misiunea lor este, insist, să sintetizeze proteinele.

Ribozom, din Valsul polipeptidelor, de sculptorul Mara G. Haseltine.

Proteinele sunt lanțuri de aminoacizi, dar nu vă imaginați un lanț de indivizi care dansează „conga de jalisco” ca la nunta vărului dumneavoastră. Înțeleg deja că asta a fost portentos, dar, oricât de agil ar fi cumnatul tău, chestia cu proteinele merge mai departe. Lanțul trebuie să se potrivească cu mii de aminoacizi în numărul și ordinea corectă și, ca și când nu ar fi suficient, atunci trebuie răsucit (în cuvintele lui Faemino și Tired) ca și când nu ar exista un zeu. Și asta se numește plierea, dar nu are aproape nimic de-a face cu ceea ce faci cu hainele pe care le scoți din uscător. Aminoacizii unei proteine ​​stabilesc legături de hidrogen și legături de alte tipuri între ele, ceea ce le permite să aibă o structură tridimensională. Prezicerea formei tridimensionale a proteinelor este o problemă nerezolvată. Mai mult, orice variație a acestei structuri poate implica pierderea funcționalității sau faptul că o proteină nu mai este metabolizabilă. Dacă această pliere anormală este „contagioasă” și prin contact, ca în cazul prionilor, poate deveni o problemă de sănătate îngrijorătoare. La fel de îngrijorător ca encefalopatia spongiformă bovină sau boala vacii nebune.

Chiar și așa, s-ar putea să nu pară prea mult pentru tine, dar proteinele sunt extrem de importante pentru tine. Vă dau un exemplu al treburilor pe care le au proteinele dvs. de obicei:

  • Filamentele de actină care permit mușchilor să se contracte sau celulele să-și mențină forma, citoscheletul, sunt alcătuite din grupuri de proteine.
  • Imunoglobulina este o proteină și este, de asemenea, un anticorp, adică băieții buni din film, și credeți-mă când vă spun că este convenabil ca ribozomii dvs. să poată produce proteinele anticorpilor cu o anumită bucurie.
  • Fenilalanina hidroxilaza este o enzimă care face posibilă transformarea unui aminoacid (fenilalanină) în altul (tirozină); fenilcetonuria este o boală congenitală destul de gravă, produsă de lipsa acestei enzime, deși din fericire tiparul de moștenire este recesiv.
  • Feritina este principalul responsabil pentru depozitarea fierului în vertebrate, este o polipeptidă, adică unirea mai multor proteine ​​și, dacă nu produceți suficient, veți avea anemie.
  • Sau, pentru un moment dat, hormonul de creștere, care este, de asemenea, o proteină care este produsă în celulele glandei pituitare și reglează creșterea celulară.

Ce am face fără proteine? nu cred nimic.

În acest moment, am ajuns la domeniul mesagerilor chimici: hormoni, neurotransmițători, feromoni ... care sunt ceea ce taie codul din corpul tău. Acolo faci ceea ce spun ei. Aceste tipuri conțin proteine, atunci când nu sunt în întregime alcătuite din ele. Comandă celulelor să se împartă, telomerii să se prelungească (telomeraza), promovează angiogeneza (factorul de creștere endotelială vasculară, VEGF) ... Dar cu o mare putere vine o mare responsabilitate. Și persoana responsabilă pentru acest lucru este ADN-ul. Veți vedea cum merge.

Conform „Dogmei centrale a biologiei”, fiecare genă codifică o proteină. Urmând secvența bazelor ADN, fiecare grup de trei corespunde unui aminoacid, în această ordine. Fiecare grup de trei baze din ADN se numește codon și există cel puțin unul pentru fiecare dintre cei douăzeci de aminoacizi pe care îi utilizați. Sună simplu, nu? Deși cu siguranță vă veți întreba „dar ... cum pot ei să știe asta?” Nu vă faceți griji, am deja. O fac continuu. Și mi-au răspuns.

Vedeți, a fost George Gamow, Fizicianul teoretic ucrainean care, pe lângă faptul că a fost tatăl teoriei descompunerii alfa prin tunelare, a propus ca numărul bazelor care codifică un aminoacid să fie de trei. Este clar: variațiile cu repetarea a patru elemente luate câte două sunt doar 4 2, adică 16. Ființele vii folosesc între 20 și 22 de aminoacizi, deci numărul de combinații ar fi insuficient pentru a le codifica. Cu toate acestea, dacă le luăm trei câte trei, acestea ar fi 4 3, care este egal cu 64, deci ar fi necesare cel puțin trei baze.

Pentru a specifica aceste date, a fost conceput un experiment ingenios în care a fost introdusă o mutație în gena T4 a ADN-ului unui virus bacteriofag, mutagena utilizată a inserat sau a eliminat o bază a genei. Genele mutate o dată sau de două ori nu au reușit să producă proteine, dar au făcut-o atunci când conțineau trei mutații. S-a numit experimentul Crick, Brenner, Barnett, Watts-Tobin și a fost realizată în 1961 de grupul de biologi moleculari care i-a dat numele. Apropo, acest Crick este același care a apărut înainte pentru a propune dubla helix.

Deci, există 64 de combinații. Aceasta este ceea ce se numește degenerescența codonilor, dar nu vă faceți griji, nu înseamnă că codonii sunt abandonați la o parafilie abjectă, înseamnă doar că există mai mult de un codon pentru fiecare aminoacid, ci aceste informații codificate în ADN-ul dvs. trebuie transportat Chiar și ribozomul, care este responsabil pentru sintetizarea proteinelor. Pentru asta avem nevoie de ARN.

ARN-ul sau acidul ribonucleic este foarte asemănător cu ADN-ul, dar la un test de acuitate vizuală veți găsi trei diferențe principale. Pentru început, cadrul ARN este alcătuit din riboză, în timp ce ADN-ul este susținut de un lanț de molecule de dezoxiriboză, care este asemenea ribozei care, din cauza acelor lucruri din viață, a pierdut un atom de oxigen. Un detaliu. Mai târziu veți vedea o diferență în baze: în loc de timină, ca partener al actinei, ARN are uracil. Și, în cele din urmă, cel mai vizibil și important ARN uman este liniar și monocatenar, ceea ce îi permite să se plieze pe el însuși, creând legături între bazele aceleiași catene și formând astfel structuri în interiorul celulei, cum ar fi ribozomi sau telomerază. responsabil pentru extinderea sectoarelor finale ale cromozomilor sau telomerilor. Deși în unele viruși, ARN-ul poate forma o helică dublă și poate conține codul său genetic, astfel încât ADN-ul și ARN-ul sunt destul de asemănătoare.

Toată această scurgere începe să funcționeze atunci când enzima ARN polimerază, care alunecă pe unul dintre picioarele lanțului ADN, deschizându-l ca un fermoar, găsește o secvență specifică care inițiază codificarea unei gene, adică a unui promotor. Când secvența promotorului se termină, această enzimă inițiază transcrierea codului ADN în ARN mesager (ARNm). Există destul de multe tipuri de ARN, iar mesagerul este un lanț liniar de ARN care conține și transportă o copie a unei gene către ribozom.

Un alt tip de ARN este ARN de transfer (ARNt), există de fapt o moleculă de ARNt pentru fiecare triplet de bază sau anticodon. Fiecare moleculă de ARNt poartă aminoacidul corespunzător anticodonului său. Imaginați-le, plutind prin citogel și animate de agitație termică, o cantitate mare de ARNt, de tot felul. ARNm care a călătorit de la nucleu la ribozom, alunecă și se oprește la fiecare trei baze, adică la fiecare codon. Când anticodonul ARNt care a trecut coincide cu codonul ARNm din ribozom, ARNt este eliberat din aminoacidul pe care îl transportă și, acesta, se alătură lanțului care formează proteina sau lanțul născut, așa cum se numește de către biologii mai romantici. Deci, până când se termină catena de ARNm. Acest lucru este puțin dificil de explicat, cu toate acestea este ușor de desenat, așa că vă recomand să vă scufundați pe următorul site web (http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.esp.html) pentru instructivitate și clarificare.

Ribozom, de Mateusz Katzig.

Proteinele pot atinge o lungime considerabilă, iar dimensiunea lor este măsurată în numărul de aminoacizi. Deși se ia în considerare și masa sa moleculară, care este exprimată în Daltoni sau în kilodaltoni (kDa), un Dalton fiind echivalent cu o unitate de masă atomică. De exemplu, proteinele de drojdie au 466 aminoacizi și 53 kDa. Cu toate acestea, o componentă musculară, titina, are 27.000 de aminoacizi și 3.000 kDa. Vedeți că ribozomii dvs. funcționează ca chinezii. Mai mult, datorită plierii pe care le suferă după formarea lor, proteinele pot fi structuri tridimensionale foarte complexe.

Codul nostru genetic este ca și codul sursă al software-ului, este o secvență de propoziții într-un limbaj de programare care, odată compilat, dă naștere unui program care îndeplinește o serie de funcții. Dacă vă ocupați de orice limbaj de programare, mă veți înțelege. Sunt un programator foarte rău și îmi ia câteva încercări până când compilatorul acceptă codul meu ca fiind bun, deoarece este foarte rafinat și, cel puțin, dă semnalul de „reparație sau apoptoză” programului, deoarece codul său este greșit . Când reușesc să-l repar, sintaxa este corectă, programul se compilează și pare să funcționeze, iar apoi este momentul inevitabil în care se blochează sau nu face ceea ce am vrut să facă. Cel mai rău scenariu este că programul meu, în această transă, începe să prindă resursele sistemului, hard diskul se umple și, în cele din urmă, computerul se blochează. Și dacă nu sunteți programator, cu siguranță v-ați găsit într-o situație similară gestionând o aplicație pe care nu o voi numi pentru a nu avea probleme cu Microsoft, dar veți înțelege cu ușurință comparația.

Ceva similar se întâmplă cu proteinele, acestea sunt codificate în genele noastre, dar sunt însărcinate cu reglarea funcționării celulelor noastre și, în cele din urmă, a organismului nostru. Ei sunt responsabili, printre altele, de creșterea și divizarea celulelor. De asemenea, de origine proteică sunt semnalele care controlează apoptoza sau moartea celulară programată, care este un fel de sinucidere la care sunt supuse voluntar celulele deteriorate care nu pot fi reparate, pentru a evita deteriorarea ulterioară.

Dar nu toți tufișurile sunt oregano și nici ADN-ul nu are gene. Există părți ale ADN-ului dvs. care nu conțin gene, prin urmare nu codifică proteinele. De fapt, la multe specii doar o mică parte din ADN conține gene. Se estimează că aveți aproximativ 25.000 de gene împrăștiate în ADN-ul dvs. și că acestea ocupă doar 1,5% din cele 3 miliarde de perechi de baze. Aceste părți ale iubitei voastre duble helice au fost chiar numite ADN junk, crezând că este inutil. În prezent, se face distincția între ADN-ul codificator, care codifică proteinele, și necodificarea, care nu; unirea ambelor formează genomul tău. Cercetătorii cred acum că această porțiune foarte mare poate juca un rol important în mecanismele de reglare a transcrierii și replicării ADN și sunt absolut siguri că avem multe de învățat din ADN necodificator.

În cele din urmă, există și modificări ale ADN-ului care nu afectează secvența, adică genomul, dar care afectează activitatea genetică. Cum poate fi aceasta? Deoarece există compuși chimici care se atașează la o genă pentru a-i regla activitatea, aceste modificări se numesc modificări epigenetice. Toți compușii care au fost adăugați la genomul dvs. pentru a regla activitatea (expresia) genelor dvs. alcătuiesc epigenomul. Epigenomul rămâne într-o celulă care se divide și, în unele cazuri, poate fi moștenit generație după generație. În plus, s-a dovedit că epigenomul dvs. este sensibil la influențele externe, cum ar fi dieta sau poluanții. Genomul nu variază în funcție de celulele din corpul dvs., epigenomul. Din fericire, proteinele de creștere osoasă sunt produse în oase și nu în mușchi. Dacă îi asculți pe cei care stilt cu gene, îi vei auzi vorbind despre gene care sunt metilate. Deoarece metilarea este o modalitate de a reduce la tăcere o genă, pur și simplu prin adăugarea de grupări metil la un segment de ADN, proteina asociată nu mai este exprimată.

Dezactivarea unei gene

Știu că am început ultimul paragraf cu cuvântul „în sfârșit”, dar trebuie să-ți dau o antipatie. Epigenomul tău dă încă mai mult din sine. Proteinele structurale care dau consistență cromatinei se pot afla în spatele unei alte caracteristici foarte curioase a nucleului, comportamentul topologic al nucleului. Cu alte cuvinte, activitatea unei gene depinde de tot ceea ce am spus până acum și, în plus, de locația sa fizică în nucleu. Totul a început grație intuiției minunate a lui Theodor Boveri, un embriolog german, care a propus, încă din 1900, că originea unei tumori era o singură celulă canceroasă. El a mai propus, printre altele, existența unor teritorii cromozomiale în care fibrele ADN erau limitate la trecerea de la cromozomi la cromatină, în comparație cu ceea ce a fost acceptat până de curând, că fibrele s-au amestecat într-o tulburare totală. Numit „modelul spaghetelor”. Au trecut 80 de ani pentru ca microscoapele noastre să poată dezvălui acest comportament curios.

Actualii colegi ai lui Theodor au reușit să arate că fiecare cromozom, odată ce devine parte a cromatinei, are un loc atribuit în nucleu, are „teritoriu cromozomial”. Au realizat acest lucru datorită tehnicilor sofisticate de marcare fluorescentă, care le permit să activeze fluorescența fiecărui cromozom separat. Trebuie să utilizeze un laser extrem de colimat. Dar acest lucru nu este adevărat în general, celulelor embrionare le lipsește aceste teritorii și, după cum veți vedea, explicația este foarte simplă.

Ceva care se știa deja din anii 1930 este că, în zonele periferice ale nucleului, există un tip de cromatină superdensă, numită heterocromatină. Ceea ce s-a descoperit recent este că activitatea genelor este mult mai mică în aceste zone cu densitate mare. Unele proteine ​​care funcționează ca lianți ai ADN-ului sunt uhere epigenetice și, în funcție de funcția pe care trebuie să o îndeplinească fiecare celulă, caută locul cel mai convenabil pentru fiecare cromozom. Partea centrală a nucleului este mai liberă, favorizând activitatea factorilor de transcripție, ARN polimeraza (care sunt de obicei molecule destul de groase) și a genelor din apropiere. Celulele germinale și embrionare trebuie să-și exploateze întregul potențial genetic, motiv pentru care le lipsește teritoriile reduse la tăcere și heterocromatina. Deci, în celulele diferențiate, vom găsi o parte centrală a nucleului în care va fi promovată activarea genelor și o periferie unde va fi redusă la tăcere. Și vor avea teritoriile lor cromozomiale în locațiile corespunzătoare idiosincraziei lor celulare. În plus, ADN-ul care este în forma sa densă va fi puțin accesibil și va fi mult mai protejat împotriva atacurilor.

Teritoriile cromozomiale într-un fibroblast uman, marcate prin tehnica de hibridizare in situ a fluorescenței, (cromozomii 1 până la 22 + X + Y)

Această mică minune, care este celula, se străduiește să protejeze integritatea informațiilor noastre genetice. Pentru ca o celulă să intre într-o buclă reproductivă nesfârșită, trebuie eliminate diferite puncte de control ale ciclului celular și diverse bariere în calea funcției celulare. Celulele noastre pot avea unele dintre aceste bariere reduse la tăcere, de exemplu: liniile celulare care proliferează într-o stare normală, cum ar fi cele ale pielii, ar avea un avantaj în această rasă, prin urmare există țesuturi care, prin natura lor, sunt mai sensibile decat altii.

Celulele cu mutații ereditare care nu produc niciun efect pe cont propriu, dar fac acest lucru în asociere cu alte mutații de altă origine, cresc și riscul de a suferi un proces de acest tip. Retinoblastomul ereditar se manifestă la copii și aproape întotdeauna la ambii ochi, aceștia sunt indivizi cu o singură copie defectuoasă a genei RB pe cromozomul 13. Evenimentul esențial este mutația genei RB normale într-una din celulele care îi împiedică să producă funcționalitate. Proteina Rb. Curios este că retinoblastomul sporadic apare la persoanele în vârstă și doar la un singur ochi. Dacă retinoblastomul este îndepărtat înainte ca acesta să devină malign, acești copii supraviețuiesc adesea până la maturitate și au copii, care la rândul lor pot moșteni cromozomul RB defect. Cap sau pajură. Multe tumori umane, cum ar fi acest caz, prezintă o predispoziție din cauza unei mutații moștenite, chiar dacă declanșatorul este o altă mutație ne-moștenită (somatică).

Mutațiile genelor BRCA1 și BRCA2 (Gen de sensibilitate la cancerul de sân) sunt un exemplu paradigmatic popularizat recent de Angelina Jolie. Potrivit lui Harvey Lodish în cartea sa Molecular Cell Biology, femeile care moștenesc o alelă mutantă a BRCA1, care este o genă supresoare a creșterii tumorale, au șanse de 60% să dezvolte cancer de sân înainte de vârsta de 50 de ani, comparativ cu 2% cele care nu. Cu toate acestea, BRCA1 nu este mutant în cancerul de sân non-ereditar. Toate aceste efecte tind să aibă o origine multifactorială (genetică, stil de viață, factori de mediu ...) și faptul că ne apropiem mai mult de înțelegerea lor este la fel de uimitor pe atât de complicat.

În general, rămân multe de făcut în genetică, dar puținele descoperiri care au fost făcute ne-au arătat că avansarea înțelegerii noastre despre funcția genelor va fi o sarcină costisitoare din toate punctele de vedere, dar va fi și ca descoperirea cheii de criptare a unui mesaj. Ne va permite să vindecăm literalmente boala abordând direct sursa problemei. Vom ști din prima mână unde boala este vulnerabilă și vom putea „unipersonaliza” tratamentele, ne vom juca cu cărțile marcate. Astăzi suntem deja capabili, printre alte realizări, de a diagnostica tulburări genetice la făt prin analiza lichidului amniotic și chiar prin selectarea unui embrion care nu prezintă o mutație pe care, în condiții normale, ar fi moștenit-o de la părinți. Toate acestea par a fi știință-ficțiune, poate chiar să fie, chiar și așa, este una dintre marile speranțe ale medicinei, dar asta ar trebui discutat într-o altă postare.

Alba a fost un iepure care a fost implantat cu o genă pentru proteina fluorescentă verde (GFP) care se găsește în unele meduze. În lumina albastră, Alba s-a luminat.