מֵידָע

12.8: הדוגמה המרכזית - ביולוגיה

12.8: הדוגמה המרכזית - ביולוגיה


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

כפי שלמדת, זרימת מידע באורגניזם מתרחשת מ-DNA ל-RNA לחלבון:

  • ה-DNA מועתק ל-RNA באמצעות כללי זיווג בסיסים משלימים (אבל עם U במקום T בתעתיק)
  • תעתיק ה-RNA, במיוחד mRNA, מתורגם לאחר מכן לפוליפפטיד של חומצת אמינו
  • קיפול סופי ושינויים של הפוליפפטיד מובילים לחלבונים פונקציונליים שבעצם עושים דברים בתאים

זה ידוע בשם דוגמת החיים המרכזית, אשר נכון לגבי כל האורגניזמים.

איור 1. לחץ לתמונה גדולה יותר. הוראות על DNA מועתקות ל-RNA שליח. ריבוזומים מסוגלים לקרוא את המידע הגנטי הכתוב על גדיל של RNA שליח ולהשתמש במידע זה כדי לחבר חומצות אמינו לחלבון.

קישור לרכיבים אינטראקטיביים ניתן למצוא בתחתית עמוד זה.

לחץ כאן לגרסת טקסט בלבד של הפעילות.


דוגמה מרכזית (עם תרשים) | גנטיקה

המאמר המוזכר להלן מספק הערות על דוגמה מרכזית.

עם זאת, ה-DNA עצמו אינו מזמין ישירות רצפי חומצות אמינו. בשנת 1958 פרנסיס קריק הציע תוצר RNA והציע שיש זרימה חד כיוונית של מידע מ-DNA ל-RNA לחלבון. מערכת היחסים הזו של העברת מידע בין DNA לחלבון הפכה לדוגמה המרכזית (כלומר מערכת של אמונות) בביולוגיה מולקולרית.

בשנים שלאחר מכן, ה-Central Dogma שונה כאשר נמצא שבמקרים מיוחדים RNA יכול לכוון את הסינתזה של DNA בתנאים מלאכותיים DNA חד-גדילי יכול לציין חלבון (איור 15.1 A, B איור 15.2).

השערת אנזים אחד של גן אחד:

עוד בשנת 1915, עבודתו של ארצ'יבלד גארוד על שגיאות מולדות של חילוף חומרים באדם העלתה קשר בין גן לחלבון המוצר שלו. אבל הוכחה ניסיונית להשערה של גארוד הגיעה כמעט שלושה עשורים מאוחר יותר ממחקרים של בידל וטאטום (1941) על עובש הלחם Neurospora.

מחברים אלה ניתחו את ההשפעות הביוכימיות של גנים על ידי חקר פרוטוטרופים מסוג פרא (זנים שגדלים על מדיום מינימלי) ואוזוטרופים (מוטנטים תזונתיים שגדלים רק על מדיום מתווסף) של Neurospora. תחילה הם הכינו מוטנטים על ידי קרינת UV של הזן הרגיל. זן אחד כזה thia לא הצליח לגדול על מדיום מינימלי אלא אם כן הוסיפו תיאמין מוטנט ל-pdx שנדרש לפירידוקסין לצמיחתו.

ניסויים של בידל וטאטום אישרו את הטבע התורשתי של הפגמים במוטנטים. כאשר ה-thia מועבר לסוג הבר, ה-asci המתקבל מכיל 4 ascospores מזן הבר ו-4 מזן thia. כאשר כל אחד מ-8 האסקוספורות מבודד ומגדל על מדיום מינימלי רק 4 אסקוספורים מסוגלים לגדל את 4 הנותרים לגדול לאחר הוספת תיאמין למדיום.

בידל וטאטום יכלו להדגים כי למוטציות התזונתיות הנגרמות על ידי UV בנוירוספורה יש מוטציות גן בודדות שהועברו על ידי תורשה מנדליאנית. מכיוון שכל מוטציה בגן יצרה פגם באנזים בודד, בידל וטאטום הציעו שגן אחד מייצר אנזים אחד.


הדוגמה המרכזית של הביולוגיה

המונח "דוגמה" מתאר דוקטרינה או קוד אמונות המקובלים כסמכותיים. הדוגמה המרכזית של הביולוגיה מתייחסת לאופן שבו מידע גנטי מאוחסן ומאוחזר בתאים חיים. הקשר הקלאסי הוא DNA > RNA > Protein. לפיכך, ה-DNA מתפקד כמולקולת אחסון המידע, ומידע זה נקרא למולקולות RNA.

חלק מה-RNAs הללו הם תוצרי ביניים ונושאים את המידע המשמש לייצור חלבונים. החלבונים (וחלק מה-RNA) הם העובדים ה“פעילים” בתא - מזרזים תגובות, הזזת דברים, יצירת מבנים וכו'. לפיכך המידע המאוחסן ב-DNA הוא הגנוטיפ (סכום הפוטנציאל העובר בירושה) וכאשר מידע זה מתורגם ל-RNA וחלבון, נוצר פנוטיפ (סכום המאפיינים הניתנים לצפייה). גילוי מבנה ה-DNA על ידי ווטסון וקריק ב-1953 היה אבן דרך לביולוגיה, שהוביל להבנה מולקולרית של האופן שבו רצף הנוקלאוטידים המרכיבים את מולקולת ה-DNA מקודד מידע.

מבחינה היסטורית, חלק ניכר מהידע שלנו על תגובות המתרחשות בתאים הגיע מבידוד וחקר סוגים בודדים של מולקולות חלבון. זה הביא לתיחום של מסלולים מטבוליים שונים, אירועי איתות, אלמנטים מבניים וכו' ובסופו של דבר לכלים למניפולציה של ה-DNA עצמו. על אלו תלמדו בהמשך הקורס.

שיטות אלו אפשרו כעת גישה למאגרים עצומים של מידע גנטי. פרויקט הגנום האנושי (החל ב-1990, עם טיוטת עבודה שהושלמה 10 שנים מאוחר יותר) הוביל לפיתוח טכניקות מהירות ומדויקות לקביעת רצף DNA. במהלך 20 השנים האחרונות נוצרה כמות עצומה של מידע רצף. בשנת 1996 השלימו מדענים את רצף הנוקלאוטידים הכולל של DNA משמרים: זוהו כ-12 מיליון זוגות בסיסים של DNA המייצגים למעלה מ-6000 גנים. מאז, ה-DNA הכרומוזומלי של חיידקים רבים עבר רצף (כיום למעלה מ-400 אורגניזמים). רצף כמעט שלם של DNA אנושי הושלם בשנת 2002. הגנום האנושי מורכב מכ-3.2 מיליארד זוגות בסיסים ומקודד כ-25,000 גנים. עם זאת, איננו יודעים עדיין את תפקידם של רבים מהגנים הללו. הכוח לתמרן רצפי DNA נותן לנו דרכים חדשות לחקור את הפונקציות הללו ולענות על שאלות לגבי אופן פעולת התאים.

מכיוון שחלבונים הם המולקולות הפעילות בתא וחלק מהריאגנטים המרכזיים בטכנולוגיה העומדת מאחורי הביולוגיה המולקולרית, נתחיל את הקורס בדיון על תכונותיהם הכלליות. חלבונים עשויים מאבני בניין הנקראות חומצות אמינו, המחוברות זו לזו בשרשראות פולימריות ארוכות. השרשראות מתקפלות ומתפתלות בתלת מימד להשגת מבנה בעל תפקיד ביולוגי. הבנת תהליך קריטי זה דורשת דיון מעמיק בכוחות השונים המייצבים חלבון לקונפורמציה (צורה) נתונה.

חלבונים הם מקרומולקולות עם משקל מולקולרי הנעים בין כ-5 קילודלטון (kDa) לכמה אלפי קילודאלים. תא פשוט כמו שמרים מכיל כ-6,000 חלבונים שונים. רבים מהחלבונים הללו הם זרזים ביולוגיים (אנזימים), אשר מזרזים תגובה כימית בודדת בתא, אך אחרים ממלאים מגוון פונקציות. למעשה, חלבונים הם המעמד המגוון ביותר של מקרומולקולות, עם מגוון עצום של גדלים, צורות, העתקה מספר, מסיסות וכו' וכן פונקציה אבל בבסיס המורכבות הזו מבנה בסיסי פשוט מאוד. כל החלבונים מסונתזים משילובים של חלק או כל 20 חומצות האמינו. בעיקרון, חלבונים הם פולימרים ליניאריים של חומצות אמינו. כדי להבין את מבנה החלבון, עלינו להתחיל עם חומצות האמינו.


12.8: הדוגמה המרכזית - ביולוגיה

כפי שלמדת, זרימת מידע באורגניזם מתרחשת מ-DNA ל-RNA לחלבון. DNA מכתיב את מבנה ה-mRNA בתהליך המכונה שעתוק, ו-RNA מכתיב את מבנה החלבון בתהליך המכונה תרגום. זה ידוע בשם דוגמת החיים המרכזית, אשר נכון לגבי כל האורגניזמים.

מטרות למידה

כפי שלמדת, זרימת מידע באורגניזם מתרחשת מ-DNA ל-RNA לחלבון:

  • ה-DNA מועתק ל-RNA באמצעות כללי זיווג בסיסים משלימים (אבל עם U במקום T בתעתיק)
  • תעתיק ה-RNA, במיוחד mRNA, מתורגם לאחר מכן לפוליפפטיד של חומצת אמינו
  • קיפול סופי ושינויים של הפוליפפטיד מובילים לחלבונים פונקציונליים שבעצם עושים דברים בתאים

זה ידוע בשם דוגמת החיים המרכזית, אשר נכון לגבי כל האורגניזמים.

איור 1. לחץ לתמונה גדולה יותר. הוראות על DNA מועתקות ל-RNA שליח. ריבוזומים מסוגלים לקרוא את המידע הגנטי הכתוב על גדיל של RNA שליח ולהשתמש במידע זה כדי לחבר חומצות אמינו לחלבון.


CH 105 - כימיה וחברה

DNA הוא נושא המידע הגנטי באורגניזמים. מה זה אומר? למולקולות גדולות באורגניזם יכולות להיות פונקציות רבות: הן יכולות לספק מבנה, לשמש כזרז לתגובות כימיות, לשמש לחוש שינויים בסביבתן (מובילות לתגובות חיסוניות לפולשים זרים ולתגובות עצביות לגירויים כמו אור, חום, קול, מגע וכו') ומספקים תנועתיות. DNA באמת לא עושה אף אחד מהדברים האלה. במקום זאת אתה יכול לראות את זה כמערכת אחסון מידע. המידע חייב להיות מפוענח כדי לאפשר בנייה של מולקולות גדולות אחרות. המולקולות האחרות הן בדרך כלל חלבונים, סוג נוסף של פולימרים גדולים בגוף. כרומוזומים ממוקמים בגרעין התא.

כרומוזומים ממוקמים בגרעין התא. יש לשכפל DNA בתהליך שנקרא שכפול לפני שתא מתחלק. שכפול ה- DNA מאפשר לכל תא בת להכיל השלמה מלאה של כרומוזומים.

המידע בפועל ב-DNA של הכרומוזומים מפוענח בתהליך הנקרא תַעֲתוּק באמצעות היווצרות חומצת גרעין אחרת, חומצה ריבונוקלאית או RNA. ה- RNA, המיוצר על ידי האנזים RNA פולימראז, משלים חוט אחד של ה- DNA. RNA שונה מ-DNA בכך ש-RNA מכיל ריבוז, לא דאוקסיריבוז, סוכר בעמוד השדרה שלו. בנוסף, ל-RNA חסר הבסיס T. הוא מוחלף, במקום זאת, בבסיס U, המשלים ל-A (כפי ש-T משלים ל-A ב-DNA). ה- RNA שנוצר פועל כשליח, שעובר מהגרעין לתוך הציטופלזמה של התא. למעשה, סוג זה של RNA נקרא לעתים קרובות RNA שליח, mRNA. מכיוון שהמידע בחומצת גרעין (DNA) הופך למידע בצורה של חומצת גרעין אחרת (RNA), תהליך זה נקרא שעתוק (מכיוון שהשפה עדיין זהה, למשל כאשר אתה מתעתק נאום כתוב באנגלית לתוך אנגלית כתובה).

המידע מה- DNA, כעת בצורה של רצף RNA לינארי, מפוענח בתהליך הנקרא תִרגוּם, ליצירת חלבון, פולימר ביולוגי נוסף. מונומר שבחלבון נקרא חומצת אמינו, מולקולה מסוג אחר לגמרי מאשר נוקלאוטיד. יש עשרים חומצות אמינו שונות השונות באחת מארבע הקבוצות המחוברות לפחמן המרכזי. בחומצת אמינו, לפחמן המרכזי (אלפא) יש קבוצת אמינים (RNH2), קבוצת חומצה קרבוקסילית (RCO2H), ו- H, וקבוצת R המצורפת אליו. מכיוון שהמידע בחומצת גרעין (RNA) הופך למידע בצורה של מולקולה אחרת, חלבון, תהליך זה נקרא תִרגוּם (מכיוון ששפת חומצות הגרעין משתנה לשפת החלבונים, למשל כאשר מתרגמים אנגלית לסינית).

בניגוד להשלמה של DNA ו- RNA (בסיס אחד ב- RNA משלים לבסיס אחד ב- DNA), אין התכתבות 1: 1 בין בסיס (חלק מהיחידה המונומרית של RNA) ב- RNA למונומר בחלבון. . לאחר עבודה רבה התגלה שרצף ליניארי רציף של 3 נוקלאוטידים ב-RNA מפוענח על ידי המנגנון המולקולרי של הציטופלזמה וכתוצאה מכך מתווספת חומצת אמינו אחת לחלבון הגדל. מכאן שלשלישיה של נוקלאוטידים ב-DNA וב-RNA יש מידע עבור חומצת אמינו אחת בחלבון. כי לא הייתה התאמה של 1: 1 בין נוקלאוטידים בחומצות גרעין וחומצות אמינו בחלבונים ניכרה מזמן מכיוון שיש רק 4 מונומרים שונים של DNA (עם A, T, G ו- C) ו -4 מונומרים RNA שונים (עם A , U, G ו-C) אך ישנם 20 מונומרים שונים של חומצות אמינו המרכיבים חלבונים.

כעת, מתברר שלא כל המידע ברצף ה-DNA של אורגניזם מקודד לחלבון. למעשה נראה כי רק כ -2% מתוך 3 מיליארד זוגות הבסיס מתועתקים ל- RNA הניתנים לתרגום לחלבון. תפקוד שאר ה-DNA אינו ודאי כרגע. כיצד המנגנון המולקולרי של התא יודע איזה חלק ב-DNA מקודד לחלבונים. מסתבר שיש רצפי DNA ייחודיים בתחילת ובסוף החלק של רצף ה- DNA המקודד לחלבון. המשך במורד ה- DNA של כרומוזום ופתאום אתה מגיע לאותות האלו המוכרים על ידי מכונות התאים. RNA משלים נוצר מאותו קטע, ואז ה-RNA המשלים מפוענח לחלבון בודד. המשך הלאה ברצף ה- DNA ונמצא רצף קידוד נוסף כזה, שניתן לתמללו ל- mRNA, ולאחר מכן ניתן לתרגמו לחלבון ייחודי אחר. בסך הכל ישנם כ -30,000 מקטעי DNA כאלה בכל הכרומוזומים המקודדים את המידע עבור 30,000 חלבונים ייחודיים. קוראים לקטעי קידוד ייחודיים אלה של ה- DNA שבסופו של דבר מתועתקים ל- mRNA ייחודי המתורגמים לחלבונים ייחודיים גנים. למטרותינו, אנו מסיקים שלגן אחד יש מידע לחלבון אחד. כל אחד מהחלבון שונה זה מזה הן באורך, והן ברצף הספציפי של חומצות אמינו בחלבון. ה-DNA הוא אכן השרטוט של התא. מה שקובע את המאפיינים בפועל של התאים הם החלבונים בפועל המיוצרים על ידי התא.

לא רק שיש לתמלל את ה-DNA ל-DNA, אלא יש לשכפל את המידע הגנטי ב-DNA לפני שתא נתון מתחלק, כך שתאי הבת מכילים שניהם מידע גנטי זהה. בשכפול, ה- dsDNA נפרד, ואנזים, DNA פולימראז, יוצר עותקים חינם של כל גדיל. שני גדילי ה-dsDNA שנוצרו נפרדים לתאי בת שונים במהלך החלוקה. התהליך שבו על ידי DNA משוכפל כאשר תאים מתחלקים, ומתומלל ל-RNA שמתורגם לחלבון נקרא הדוגמה המרכזית של הביולוגיה. (התעלם מ-tRNA, rRNA ו-snRNA בקישור האינטרנט הקודם)

כפי שצוין לעיל, כל חומצת אמינו מוגדרת על ידי שילוב מסוים של שלושה נוקלאוטידים ב- RNA. שלושת הבסיסים נקראים קודון. הקוד הגנטי מורכב מתרשים המראה איזה רצף RNA טריפלטי או קודון ב-mRNA מקודד לאיזה מ-20 חומצות האמינו. אחד המקודים אינו מכיל חומצות אמינו ומשמש לעצור את הסינתזה של החלבון מרצף ה- mRNA. הקוד הגנטי מוצג להלן:

קביעת רצף החלבון מרצף DNA.

עבור גן נתון, רק גדיל אחד של ה- DNA משמש תבנית לתמלול. דוגמה מוצגת להלן. הגדיל התחתון (הכחול) בדוגמה זו הוא תבנית גדיל, אשר נקרא גם ה מינוס (-) גדיל, או לָחוּשׁ גָדִיל. גדיל זה משמש כתבנית לסינתזת mRNA. האנזים RNA פולימראז מסנתז mRNA בכיוון 5' ל-3' משלים לגדיל תבנית זה. גדיל ה-DNA הנגדי (אדום) נקרא ג אודה גדיל, ה לא להרהר גדיל, ה פלוס (+) גדיל, או אנטי -חוש גָדִיל.

הדרך הקלה ביותר למצוא את המתאים רצף mRNA (מוצג בירוק למטה) הוא לקרוא את ג oding, nontemplate , פלוס (+) , או אנטי -חוש גדיל ישירות בכיוון 5 'עד 3' ומחליף U ב- T. מצא את השלישייה בחוט המקודד, שנה כל T ל- U, וקרא מהקוד הגנטי את חומצת האמינו המקבילה שתשתלב בחלבון הגדל. (הגדילים להלן מופרדים לשלישיות כדי להקל על ההדמיה.) דוגמה מוצגת להלן.

סקירת בסיס סיום הדוגמה המרכזית של הביולוגיה

בניגוד לפולימרים הליניאריים של DNA ו-RNA, חלבונים (פולימרים ליניאריים של חומצות אמינו) מתקפלים בחלל תלת מימדי ליצירת מבנים בעלי צורות ייחודיות. כל רצף חלבון ייחודי (באורך ורצף נתון של חומצות אמינו) מתקפל לצורה תלת מימדית ייחודית. מכאן שיש כ-30,000 חלבונים בצורות שונות בבני אדם. לא רק שלחלבונים יש צורות ייחודיות, אלא שיש להם גם פינות וכיסים ייחודיים המאפשרים להם לקשור מולקולות אחרות. קישור של מולקולות אחרות לחלבונים או ל-DNA מתחיל או מפסיק את תפקוד החלבון או הגרעין, בדומה למתג הפעלה/כיבוי. הדוגמה שלהלן מציגה מבני חלבון שונים, שלחלקם יש מולקולות קטנות או מולקולות גדולות (כמו DNA) הקשורות אליהן. כמה מוטיבים נפוצים נמצאים בתוך המבנה התלת-ממדי של החלבון. כוללים סלילי אלפא וגיליונות בטא. אלה מוחזקים יחד על ידי קשרי H בין ה- H החיובי מעט ב- N בעמוד השדרה של החלבון לבין O מעט שלילי רחוק יותר על עמוד השדרה של החלבון. בדגמי Chime להלן, השתמש בפקדי העכבר כדי לסובב את המולקולה. (גם לחיצה על L-עכבר תשנה את גודל המולקולה). לחץ על הפקודה במסגרת הימנית כדי לשנות את עיבוד החלבונים. התצוגה המצוירת מאפשרת דרך פשוטה לפרש את המבנה הכולל של השרשרת הראשית.

אם ישתנה רצף ה-DNA באזור מקודד, ישתנה גם ה-mRNA שנוצר, מה שיוביל לשינויים ברצף החלבונים. ייתכן שלשינויים אלו אין השפעה וישתקו, אם השינוי בחלבון אינו משפיע על קיפול החלבון או התקשרותו למולקולה חשובה אחרת. עם זאת, אם השינויים משפיעים על הקיפול או האזור המחייב, ייתכן שהחלבון לא יוכל לבצע את תפקידו הרגיל. למוטציות המחליפות חומצות אמינו לא קוטביות בחומצות אמינו קוטביות/טעונות (או להפך) יש את הסיכוי הגדול ביותר לגרום לשינויים משמעותיים במבנה ו/או בפעילות.

אם התפקיד היה להפסיק את חלוקת התא, התוצאה עלולה להוביל את התא להפוך לסרטני. באופן דומה, אם לחלבון הרגיל היה תפקיד בגרימת התא למות לאחר תוחלת החיים המיועדת לו, התא עם החלבון המוטנטי עלול שלא למות וסביר יותר שיהפוך לגידול. התרחישים ההפוכים עלולים לקרות ולהוביל את התא למוות בטרם עת.

  • מוטציות נקודתיות: ממזל רע ומאנלוגים של נוקלאוטידים
  • מוטציות נקודתיות: ממוטגנים כימיים
  • מוטציות גדולות: מחיקות, הוספות, כפילויות והיפוכות

בדוק את המודל של המוגלובין חרמש למטה, שמראה כיצד שינוי של זוג בסיסים בודד ב-DNA יכול לשנות חומצת אמינו אחת בחלבון עם השלכות קטלניות.

גנים ומחלות

הפעלה ודיכוי של שעתוק גנים:

  1. כיצד ניתן לדכא את ביטוי הגנים בהיעדר כספית
  2. כיצד עשוי ביטוי גנים להיות מופעל בנוכחות כספית

אחת השאלות המרכזיות של הביולוגיה המודרנית היא מה שולט בביטוי הגנים. כפי שתיארנו קודם לכן, הגנים חייבים להיות מופעלים מחדש & quot בזמן הנכון, בתא הנכון. לקירוב ראשון, כל התאים באורגניזם מכילים את אותו DNA (למעט תאי נבט ותאי חיסון). סוג התא נקבע לפי אילו גנים מתבטאים בזמן נתון. באופן דומה, התא יכול להשתנות ( לְהַבחִין ) לתוך סוגים שונים של תאים על ידי שינוי הביטוי של גנים. הדוגמה המרכזית של הביולוגיה מתארת ​​כיצד גנים מועתקים לראשונה ל-RNA, ולאחר מכן ה-mRNA מתורגם לרצף חלבון תואם. לאחר מכן ניתן לשנות חלבונים לאחר תרגום, להתמקם למקומות מסוימים בתוך התאים, ובסופו של דבר להתפרק. אם חלבונים פונקציונליים נחשבים לתוצר הסופי של ביטוי גנים, השליטה בביטוי הגנים יכולה להתרחש באופן תיאורטי בכל אחד מהשלבים הללו בתהליך.

אולם לרוב, ביטוי הגנים נשלט ברמת השעתוק. זה הגיוני מאוד, מכיוון שזה יהיה פחות בזבוז אנרגטי לגרום או לעכב את הביטוי האולטימטיבי של חלבון פונקציונלי בשלב מוקדם בתהליך. כיצד ניתן לווסת את ביטוי הגנים ברמת התעתיק? תועדו דוגמאות רבות. השליטה העיקרית מתבצעת בדרך כלל ברמה של RNA פולימראז כריכה רק במעלה הזרם (5') של אתר לתחילת תמלול. גורמים אחרים, הנקראים גורמי שעתוק (שהם בדרך כלל חלבונים), נקשרים לאותו אזור ומקדמים את הקישור של RNA פולימראז באתר הקישור שלו, הנקרא מְקַדֵם. חלבונים יכולים גם להיקשר לאתרים ב-DNA (מפעיל בפרוקריוטים) ולעכב את ההרכבה של קומפלקס השעתוק ומכאן את השעתוק. ויסות של שעתוק גנים הופך אז לעניין של כריכה המתאים גורמי תמלול ו-RNA פולימראז לאזור המתאים באתר ההתחלה לשעתוק גנים. ויסות ביטוי גנים על ידי חלבונים יכול להיות חיובי או שלילי. הרגולציה בפרוקריוטים היא בדרך כלל שלילית בעוד שהיא חיובית באאוקריוטים.

לרוב הגנים האוקריוטיים יש כ-5 אתרים מווסתים לקשירת גורמי שעתוק ו-RNA פולימראז. דוגמאות לגורמי שעתוק אלו מוצגות באיור שלהלן.

תכונות מבניות של אתרי קשירת DNA ספציפיים

מכיוון ש-RNA פולימראז חייב לקיים אינטראקציה באתר הפרומוטור של כל הגנים, אתה עשוי לצפות שלכל הגנים יהיה רצף נוקלאוטידים דומה באזור הפרומטור. זה נמצא נכון הן לפרוקריוטים (כגון חיידקים) והן לגנים אוקריוטיים. עם זאת, היית מצפה שלכל גורמי התעתוק לא יהיו רצפי קישור זהים ל-DNA. רצפי ה-DNA ממש במעלה הזרם של אתר ההתחלה של הגן הקושר חלבון (RNA פולימראז, גורמי שעתוק וכו') נקראים מקדמים. הטבלה שלהלן מציגה את מוטיב רצף ה-DNA הנפוץ שנקרא פריבנוב אוֹ TATA קופסה שנמצאה בסביבות -10 זוגות בסיסים במעלה הזרם מאתר ההתחלה, ועוד אחת ב -35. חלבונים נקשרים לאתרים אלה ומקלים על קישור של RNA פולימראז, מה שמוביל לתעתוק גנים.

פרוקריוט רצפי מקדם

בנוסף, במקדמי אאוקריוטים, נקראים רצפים במעלה הזרם מרכיבי תגובה לאגד חלבונים ספציפיים (כגון CREB או חלבון מחייב רכיב תגובה AMP מחזורי) לשליטה נוספת בתעתיק הגנים.

אלמנטים של תגובה אוקריוטים (RE).

חלבונים יכולים לקיים אינטראקציה ספציפית עם DNA באמצעות אינטראקציות אלקטרוסטטיות, קשרי H והידרופוביות. לזוגות הבסיס של AT ו-GC יש תורמי ומקבלי H קשר זמינים שנחשפים ב-major ו-minor grove של סליל ds DNA, מה שמאפשר אינטראקציות חלבון-DNA ספציפיות.

Jmol: מדריך DNA פשוט (עיין בכפתורי הבחירה האחרונים כדי לראות תורמי מקבלי H ומקבלים בחורשה הגדולה.

תכונות מבניות של חלבונים קושרים DNA

  • סליל-סבב-סליל : נמצא בחלבונים קושרים ל-DNA פרוקריוטי. האיורים מציגים שני חלבונים כאלה, ה-cro repressor יוצר בקטריופאג 434 וה-Lambda repressor מהבקטריופאג' למבדה. (בקטריופאג'ים הם וירוסים שמדביקים חיידקים.) שימו לב כיצד הספציפיות מושגת, בין השאר, על ידי יצירת קשרי H ספציפיים בין החלבון לחורשה הראשית של ה-DNA המפעיל.
  • קומפלקס מדכא למבדה/DNA
  • H קשרי גומלין בין מדכא l ל-DNA
  • אצבע אבץ : (אוקריוטים) לחלבונים אלו יש מוטיב רצף משותף של
    איקס3- Cys -איקס2-4- Cys -איקס12- שֶׁלוֹ -איקס3-4- שֶׁלוֹ -איקס4- שבו X היא כל חומצת אמינו. Zn 2+ מתואם tetrahedrally עם שרשראות הצד של Cys ו- His, הנמצאות על אחת משתי חוטי בטא אנטי -מקבילים, וסליל אלפא, בהתאמה. אצבע האבץ, המייצבת על ידי האבץ, נקשרת לחריץ ה- DNA העיקרי.
  • קולטנים להורמון סטרואידים : (אוקריוטים) בניגוד לרוב ההורמונים, הנקשרים לקולטנים משטח התא, הורמונים סטרואידים (נגזרות של כולסטרול) עוברים דרך קרום התא ונקשרים לקולטנים ציטופלזמיים דרך תחום קושר הורמונים. זה משנה את צורת הקולטן המתחבר לאחר מכן לאתר ספציפי ב- DNA (אלמנט תגובה הורמונלי) אם כי תחום מחייב DNA. במבנה המקביל לאצבע האבץ, Zn 2+ מתואם טטרהדרלית ל- 4 Cys, במבנה דמוי כדוריות אשר נקשר כדימר לשני רצפים זהים אך הפוכים של DNA (פלינדרום) בתוך החורש הראשי. (דוגמה לפלינדרום: יכולתי עד שראיתי את אלבה).
  • רוכסנים לאוצינים : (אאוקריוטים) חלבונים אלו מכילים מתיחה של 35 חומצות אמינו בהן Leu נמצא שוב ושוב במרווחים של 7 חומצות אמינו. אזורים אלה של החלבון יוצרים סלילים אמפיפיליים, עם Leu על פנים אחד. שניים מחלבונים אלה יכולים ליצור דימר, המיוצב על ידי קישור הסלילים האמפיפיים האלה זה לזה, ויוצרים סליל מפותל, בדומה לחלבון השריר מיוזין. מכאן שרוכסן הלאוצין מייצג את תחום קושרת החלבון של החלבון. תחום הקישור ל-DNA נמצא ב-30 חומצות האמינו הראשונות ב-N-טרמינליות, שהן בסיסיות ויוצרות סליל אלפא כאשר החלבון נקשר ל-DNA. רוכסן לאוצין פועל אז כדי להפגיש שני חלבונים קושרים ל-DNA, ומאפשר לסלילי הבסיסים ה-N-טרמינליים לקיים אינטראקציה עם חורשת ה-DNA העיקרית באופן ספציפי לבסיס.

זרחון ובקרה של ביטוי גנים

דרך נפוצה לשלוט בביטוי גנים היא על ידי שליטה על הזרחון של גורמי שעתוק על ידי ATP. שינוי זה עשוי להפעיל או לעכב את גורם השעתוק בהפעלת ביטוי גנים. קבוצות הפוספט הנוספות עשויות להיות נחוצות לאינטראקציות מחייבות ישירות המובילות לשעתוק גנים או שהן עשויות להוביל לשינוי קונפורמטיבי בגורם השעתוק, שעלול להפעיל או לעכב את שעתוק הגנים. דוגמה עדכנית למקרה מאוחר יותר זה היא השליטה בפעילות של גורם השעתוק p53. ל- p53 יש פעילויות רבות בתא, אחת העיקרית כמדכאת את גדילת תאי הגידול. אם תא נתון ללחץ הגורם לנזק גנטי (ניכר שעלול לגרום לתא להפוך לתא גידול), חלבון זה הופך לגורם שעתוק פעיל, המוביל לביטוי של גנים רבים, כולל אלה המעורבים בתא מתוכנת. מוות וויסות מחזור התא. שתי ההשפעות הללו יכולות לעכב בבירור את התפשטות התאים. מכאן ש-p53 הוא גן מדכא גידול. p53 נקשר בדרך כלל לחלבון HDM2 שמוריד את הסדירויות את פעילותו בכך שהוא מוביל להתדרדרותו. אותות מתח מובילים להפעלה של קינאזות חלבון בתא (כגון p38, JNK ו- cdc2), וגורמות לזרחן של חומצות אמינו סרין ותרנין ב- p53 (Ser 33 ו- 315 ו- Thr 81). זה מוביל לקשירה של Pineni Pin 1, שמשנה את צורת p53 ומוביל להפעלתו כגורם שעתוק.


12.8: הדוגמה המרכזית - ביולוגיה

כפי שלמדת, זרימת מידע באורגניזם מתרחשת מ-DNA ל-RNA לחלבון. DNA מכתיב את מבנה ה-mRNA בתהליך המכונה שעתוק, ו-RNA מכתיב את מבנה החלבון בתהליך המכונה תרגום. זה ידוע בשם דוגמת החיים המרכזית.

האם הדוגמה המרכזית תמיד חלה?

מדענים תמיד מתנסים וחוקרים במסגרת ההבנה הנוכחית שלהם את העולם. כשהם לומדים ומגלים דברים חדשים, הרעיונות וההבנה שלהם משתנים כדי לשקף את ההוכחות החדשות שיש לפניהם.

עם המחקר המודרני, מתברר שחלק מההיבטים של הדוגמה המרכזית אינם מדויקים לחלוטין. על מנת לשפר את ההבנה שלנו, המחקר הנוכחי מתמקד בחקירת הפונקציה של RNA שאינו מקודד. למרות שמולקולה זו אינה עוקבת אחר הדוגמה המרכזית, עדיין יש לה תפקיד פונקציונלי בתא.

תוצאות למידה

זהה את הדוגמה המרכזית של החיים

כפי שלמדת, זרימת מידע באורגניזם מתרחשת מ-DNA ל-RNA לחלבון:

  • ה-DNA מועתק ל-RNA באמצעות כללי זיווג בסיסים משלימים (אבל עם U במקום T בתעתיק)
  • תעתיק ה-RNA, במיוחד mRNA, מתורגם לאחר מכן לפוליפפטיד של חומצת אמינו
  • קיפול סופי ושינויים של הפוליפפטיד מובילים לחלבונים פונקציונליים שבעצם עושים דברים בתאים

זה ידוע בשם דוגמת החיים המרכזית, אשר נכון לגבי כל האורגניזמים.

איור 1. לחץ לתמונה גדולה יותר. הוראות על DNA מועתקות ל-RNA שליח. ריבוזומים מסוגלים לקרוא את המידע הגנטי הכתוב על גדיל של RNA שליח ולהשתמש במידע זה כדי לחבר חומצות אמינו לחלבון.


דברים שכדאי לדעת על הדוגמה המרכזית של הביולוגיה

אנו מודעים לכך שה-DNA הוא שורש המידע התורשתי שלנו ואנו מודעים לכך שהיחידות התפקודיות שמאפשרות חיים הן חלבונים. גיליתי שחלק גדול מהשיטות ששימשו לאימון היו אפקטיביות עבור מיומנות כלשהי, אך אף פעם לא כיצד להתמודד עם התוצאה של ביצוע מיומנות ספציפית. בבית המלאכה שלך, יש לך את כל העצים והכלים שיש לך כדי להכין את השידה.

אני חושב שעדיף להכיר את המגבלות האישיות שלך. כפי שנאמר על ידי העברת המידע שמתואר על ידי הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית, רצף מסוים של ביופולימר מתפקד כתבנית לבניית ביופולימר אחר. הנה דוגמה טובה של גרף המראה כיצד ניתוח SHAPE הושלם. אז בין אם אנחנו מכינים פרנץ' טוסט או חלבונים, הנקודה בחלק השני היא שעלינו לבצע את ההוראות כדי ליצור את הפריט האחרון.

יש הרבה יותר שלבים לתמלול ושיעורי תרגום וביולוגיה עוברים באמצעות תהליך זה בפירוט רב יותר. הם אנשים לא מושלמים, הם חומקים מדי פעם. עם זאת, שים לב שיותר הוא לא תמיד טוב יותר.

למרות זאת, מחשבות אלו נבחנות מחדש. הכאוס הנובע מכך מביא למוות של תאים. פעם, ביקרתי אצל אמא שלי. עבור אותם אנשים שהם ספורטאים מקצועיים, אימונים מסוג זה יכולים להיות שימושיים עבור הקריירה קצרת המועד שלהם, מכיוון שההכנסה שלהם תלויה בביצועים שלהם בספורט תחרותי מאוד. התאים המרכיבים את המוח שלך מכילים את הגנים המדויקים כמו התאים המרכיבים את הציפורניים שלך.

ה-DNA בכל כרומוזום מספק את ההוראות לאפרוטאינים המכונה גן. ניתן להעתיק מידע בתוך ה-DNA ל-MRNA באמצעות תרגול של שעתוק. למרבה המזל, בעיר שלך, יש ספרייה מעולה באמת עם קטע של ספרים על עיבוד עץ. אפילו הגיבורים הטובים ביותר ממשיכים להיות בני אדם.

במקרה זה, הרופא יכול ליידע אותך על סוכרת וכל מחלות כליה ולהציע אבחנה לאחר האמת. המציאות הביולוגית הרבה יותר מורכבת מזה. מספר מחקרים מדעיים גילו ששינויים אפיגנטיים קשורים לאי פוריות גברית. ההליך להפיכת mRNA לחלבון מכונה תרגום ומתבצע באמצעות אנזים המכונה ריבוזום. מצד שני, היבטים חיוביים כמו פעילות גופנית ותזונה הגונה ידועים כמשנים גם את האפיגנום!

הם מורכבים מחלק קטן שקורא את ה-mRNA וחלק גדול יותר שמרכיב את חומצות האמינו ברצף הנכון. הריבוזום מורכב מ-RNA ריבוזומי ומחלבונים קשורים. זה מתחיל ברצף של חומצות אמינו המרכיבות את החלבון. זה גדיל זה שמתפקד כתבנית לסינתזת mRNA. חלק משרשרות הפוליפפטיד צריכות להיות מקושרות, ואחרות חייבות להיות מחוברות לקופקטורים כמו hem (heme) לפני שהן מתחילות לפעול. כמו DNA, RNA נוצר מרצף ספציפי של נוקלאוטידים. חשוב מאוד, RNA קטן ויכול לצאת בקלות מהגרעין ולבקר בציטופלזמה, שם נוצרים חלבונים.

חשבתי על הדילמה הזו כבר די הרבה זמן אבל אני עדיין נאבק לגלות אמצע טוב מאוד שאני מרגיש איתו בנוח מבחינה מוסרית ויכול לדבוק בו באופן מציאותי. האפשרויות הן אינסופיות, אבל ראשית עלינו להבין כיצד אנו מייצרים חלבונים. קשר הגומלין בין 3 המולקולות החשובות הללו עשוי להיות מורכב יותר ממה שחשבו פעם, לא משנה עד כמה הרעיון המכריע עדיין מתקיים.

אבל זה מדבר רק על אוכלוסייה די מובחרת ומעטה עלי אדמות. אלה שלוקחים חלק בביולוגיה מולקולרית מנסים להבין כיצד מערכות תאים מקיימות אינטראקציה זו עם זו לגבי סינתזת DNA, RNA וחלבונים. ההליך להרכבת חומצות האמינו ליצירת מולקולת חלבון ידוע בשם סינתזת חלבון.


להתעמק במעמקי המדע החדש שפורסם בתחום הביוטכנולוגיה, ברוכים הבאים ל-Bioscription.

הדוגמה המרכזית של ביולוגיה מולקולרית וגנטיקה היא די פשוטה. אתה לוקח DNA, ואז אתה מתמלל את הגן הרצוי ל-RNA (בדרך כלל mRNA) וברגע שהוא מחוץ לגרעין, אתה מתרגם את ה-RNA הזה באמצעות ריבוזומים לחומצות אמינו שיצרו חלבונים. החלבונים האלה מבצעים את הפונקציה בפועל שהקידוד הגנטי המקורי שלהם מכוון. תהליך זה הוא בדרך כלל נוקשה ואינו ניתן להיפוך.

DNA ל-RNA לחלבונים, פשוט ככה.

החריגים

תמיד היו כמה חריגים ולעתים קרובות הם מפחידים. כמו איך רטרו-וירוסים מנצלים תהליך שעתוק הפוך כדי להחדיר RNA משלהם לגנום של המארח שלהם כדי לגרום לתא המארח שלהם לייצר יותר מהווירוס הפולש. תהליכים כאלה הם שעושים אותם ערמומיים כל כך להילחם נגדם.

אבל יש עוד חריג. זה יותר תמים ונדיר, אבל גם יותר מבלבל. בעוד שהדוגמה המרכזית היא בסיס טוב למערכת הכוללת, יש הרבה מנגנונים אחרים במשחק, במיוחד לאחר נקודת התעתיק ל-RNA.

אפשר לערוך את ה-RNA הזה לאחר מעשה ולשנות את רצף החלבון שנוצר. השיטה העיקרית של עריכת RNA זו מתרחשת כאשר נוקלאוטידים "A" (אדנוזינים המרכיבים את אדנין) משתנים על ידי אנזימי ADAR, אשר מייצג "אדנוזין דeaminases אממשיך רNA", לצורה אחרת הנקראת אינוזין.

במהלך התרגום לייצור חומצות אמינו, ניתן לזהות את האינוזין כנוקלאוטיד "G" (גואנוזינים המרכיבים את גואנין), אם כי הוא יכול להיקשר גם לנוקלאוטידים אחרים, מה שהופך אותו למגוון ביותר. שינוי זה משנה למעשה את הקוד הגנטי המקורי מבלי לשנות בפועל את הגנום שממנו הוא הועתק במקור.

כמה צפליפודים Buck The Trend

השינוי הזה נדיר להפליא. רק ל-3% מהודעות ה-RNA האנושיות יש אפילו בסיס בודד שהשתנה כך. והמספר הזה כשלעצמו הוא רק כל כך גבוה מכיוון שמתוך 25 האתרים בסך הכל בגנום האנושי המאפשרים קונפיגורציה מחדש זו, הם ברובם גנים משומרים, כלומר הם מקודדים מאוד. בסך הכל, שינוי כזה למעשה אינו שמור במיוחד ונעלם משאר הגנום האנושי בגלל זה.

חוקרים מ-MIT וישראל פרסמו לאחרונה מחקר המתאר כמה מינים בכיתה Cephalopoda שעולים באופן פראי על הסיכוי הפתטי הזה, אבל רק את המינים האלה. למעשה, נראה שלתמנונים, דיונונים ודיונון רוב מכריע של מסרי ה-RNA שלהם השתנו כך. כמעט לכל הודעת RNA, מתרחש לפחות אירוע נוקלאוטיד אחד שונה כמו זה, המשנה את ההודעה המקודדת שהתקבלה.

כדוגמה עם דיונונים, מתוך 20,000 הגנים הכוללים שלהם, למעלה מ-11,000 מהם בעת תמלול מובילים לאירוע עריכת RNA. כמו כן, נראה שהם נשמרים מאוד ולא ניתן להסירם מהגנום על ידי מנגנוני תיקון ומוטציה טבעיים.

מהי התוצאה הסופית של המנגנון הזה? היווצרות חלבונים שאינם מקודדים למעשה בתוך הגנום עצמו, אך בכל זאת מנוצלים כראוי ונוצרים על ידי האורגניזם בעת הצורך. מה שאומר שיש שכבה אחרת לגמרי של הוראות גנטיות מוסתרות במינים המסוימים האלה, שלא ניתן לראות רק מרצף גנטי מלא.

החסרונות

אבל יש פשרות וחסרונות. אמנם זה מאפשר למינים כמו דיונונים להסתגל מאוד לסביבתם, כמו היכולת לשנות גנים מסוימים המקודדים לטמפרטורה ברמת ה-RNA בעת הצורך, אבל זה גם הופך אותם לקשיחים מאוד.

הסיבה לכך היא שהגנים עם אתרים אלה המזמינים שינוי ב-RNA אינם יכולים לאפשר למוטציות להתרחש בגנים. בשל מבני ה-RNA המורכבים הדרושים בעת קידוד לסוגים אלה של גנים, אפילו מוטציה בודדת בהם יכולה לעצור את תפקוד הגן כולו וה-RNA הנובע מכך. זה, בתורו, כנראה יהרוג את האורגניזם, אם כי זה תלוי בגן המדובר. אז יש לשמר את הגנים ובאופן נרחב.

משמעות הדבר היא שכושר ההסתגלות שלהם היא אינהרנטית לחלוטין, קיימת כבר בגנום שלהם. אבל הם לא יכולים להסתגל מעבר לזה. הם לא יכולים לאפשר את המוטציות המשתוללות שבהן משתמשים מינים אחרים, כולל אנחנו, כדי להתפתח ולהתאים לסביבות המשתנות שלנו תוך כדי תנועה. אם תמנון, דיונונים או דיונונים נתקלים במשהו שמבנה ה-RNA המשתנה שלהם אינו מתאים להתמודד, הם לא יכולים להסתגל אליו על ידי שינוי הגנום שלהם.

האם זה יסתדר?

תוצאה כזו גורמת לכך שהם מאוד איטיים להתפתח לאורך זמן. בטח, היכולת שלהם להחיל כל כך הרבה סוגים של עריכות RNA היא כנראה אחד היתרונות שנותנים להם את האינטליגנציה שלהם וכל כך הרבה מהיכולות הגמישות שלהם. אבל זה גם אומר שנושאים כמו שינויי אקלים והחמצת האוקיינוסים עשויים להיות נושאים שהם לא יוכלו להתמודד איתם, מה שיוביל למוות נרחב של המין בכללותו.

אם כי, מצד שני, אולי לא. אולי יכולות עריכת ה-RNA שלהם חזקות מספיק אפילו כדי להתמודד עם החששות האלה. הם בהחלט נראים כמה מהאורגניזמים הקרובים ביותר לבני אדם בכל הנוגע למורכבות נפשית והתפתחותית. רק הזמן יגיד בעניין הזה.


מדוע כל כך הרבה מדענים מבינים לא נכון את הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית?

מדענים הם אנשים זהירים שאינם מוציאים הצהרות מבלי לדעת את העובדות. הם משתדלים לעשות דברים נכונים. אז אנחנו חושבים תקווה.

אבל יש מקרה מאוד מוזר שבו נראה שמדענים אינטליגנטים ובעלי ידע משבשים דברים בתדירות מדאיגה. זה די מעניין, כי לא כל כך קשה להימנע מאי ההבנה. זו תעלומה מדוע מדענים ממשיכים להעליב אותו. בטוויסט נוסף של אירוניה שטנית, מצוטט לעתים קרובות המאמר שפורסם כדי להרוס במפורש את אי ההבנה. בתמיכה מזה!

אני חושב על מה שנקרא דוגמה מרכזית של ביולוגיה מולקולרית, הצהרה על זרימת המידע בין DNA, RNA וחלבון. הוא פורסם ב-1958 על ידי פרנסיס קריק, מגלה שותף של המבנה הכפול-סליל של ה-DNA, חתן פרס נובל לשנת 1962 וענק אמיתי של המדע של המאה ה-20.

אי ההבנה של הדוגמה המרכזית יכולה להיאמר בדרכים שונות. נטען כי, למשל:

  • הדוגמה המרכזית היא פישוט מכיוון שכיום יש הרבה חריגים ידועים לה.
  • נוכחותן של לולאות משוב באיתות סלולרי מבטלת אותה.
  • תופעות כמו ויסות והבעה של RNA לא מקודד מפרות אותו.
  • זה תקף במידה רבה עבור פרוקריוטים אך לא עבור אוקריוטים בשל הרגולציה הגנטית המורכבת יותר אצל האחרונים.

כל ההצהרות הללו שגויות. לא על העובדות של התופעות הביולוגיות כשלעצמן, אלא בטענה שהן משפיעות על הדוגמה המרכזית.

מה אומרת הדוגמה המרכזית? הנה ההצהרה המלאה מהמאמר של קריק משנת 1958 (Symp. Soc. Exp. Biol. 1958, כרך 12, עמ' 138-163):

הדוגמה המרכזית

זה קובע שברגע ש‘מידע’ עבר לחלבון זה לא יכול לצאת שוב. ביתר פירוט, העברת מידע מחומצת גרעין לחומצה גרעין, או מחומצת גרעין לחלבון עשויה להיות אפשרית, אך מעבר מחלבון לחלבון, או מחלבון לחומצה גרעין בלתי אפשרי. מידע פירושו כאן מְדוּיָק קביעת רצף, בין של בסיסים בחומצת הגרעין או של שאריות חומצות אמינו בחלבון.

חשוב לציין שכאמור כאן, הדוגמה המרכזית גם היום נכונה בדיוק! שום דבר בהצהרה זו לא הוכח כשגוי.

אגב, המאמר המכיל את ההצהרה הראשונה של הדוגמה המרכזית הוא זיקוקים של ממש של רעיונות, פרשנויות והשערות. זה תענוג לקרוא. זוהי תמונת מצב של תחום מדעי בזמן של בלבול והתקדמות מרתקים. מה שבטוח, הוא מעלה מספר השערות שהתבררו כשגויות לחלוטין או מוטעות בעדינות. אבל הדוגמה המרכזית היא לא אחת מאלה.

בשנת 1970 פרסם קריק מאמר (Nature 1970, כרך 227, גיליון 5258, עמ' 561-563) כדי להילחם במפורש בתפיסות מוטעות נפוצות של הדוגמה המרכזית. המאמר הזה הוא שצוטט לעתים קרובות כל כך לתמיכה באותם פרשנויות מוטעות בדיוק של הדוגמה המרכזית שקריק ניסה למגר. רק לעתים רחוקות מאמר מדעי מבריק נכשל כל כך חרוץ! בהתייחסו למאמר המכיל את אי ההבנה, הוא כתב:

זו לא הפעם הראשונה שרעיון הדוגמה המרכזית אינו מובן בצורה כזו או אחרת. במאמר זה אני מסביר מדוע המונח הוצג במקור, המשמעות האמיתית שלו, ומציין מדוע אני חושב שבהבנה נכונה, זה עדיין רעיון בעל חשיבות בסיסית.

והוא המחיש את הדוגמה המרכזית באופן הבא:

המסר המהותי של התמונה הזו הוא ההיעדרות של חצים מחלבון ל-RNA, DNA או חלבון. קריק כתב:

אלו שלושת ההעברות שהדוגמה המרכזית מניחה לעולם לא מתרחשות:

חלבון -> חלבון
חלבון -> DNA
חלבון -> RNA

או, במילים אחרות, אין אנזים שניתן לכנותו ”טרנסלטאז הפוך על חלבון” או ”ריבוזום הפוך”, וגם אין שום ”פולימראז חלבון מכוון חלבון”. זה נכון לחלוטין ובדיוק עד היום.

מה הבסיס לאי ההבנה? מדוע רבים כל כך מאמינים שהדוגמה המרכזית הוחלפה? בעיקרון, זה בלבול של זרימת מידע בתא עם זרימת מידע מהרצפים של DNA ל-RNA וחלבון.

הטעות מורכבת מהאמונה שהדוגמה המרכזית עוסקת בזרימת מידע באופן כללי בתא. זה לא. הדוגמה המרכזית עוסקת במידע על הרצף הספציפי ב-DNA, שהופך ל-RNA וחלבון.

ברגע שהתברר באופן סביר אילו תפקידים ממלאים ה-DNA והחלבון, לא קריק ולא באמת אף אחד אחר חשב מעולם שזרימת המידע בתא אינה כרוכה בחלבונים המשפיעים על ביטוי DNA. למעשה, הרעיון שכל מדען בעל ידע, שלא לדבר על פרנסיס קריק, יכול היה להאמין שביטוי DNA יכול להתרחש מבלי להיות מווסת באופן ישיר או עקיף על ידי הסביבה, היא, למען האמת, מגוחכת.

לאחרונה נתקלתי במספר מקרים של אי הבנות של הדוגמה המרכזית בדוקטורט. תזות. בשוודיה, דוקטורט. עבודת הגמר במדעי הביו-רפואה מורכבת לרוב מ-3-5 מאמרים מדעיים רגילים, או שכבר פורסמו בכתבי עת מדעיים, או בצורת כתב יד המיועדת לפרסום. בנוסף, התזה מכילה גם מבוא המעמיד את תוצאות המאמרים המדעיים הרגילים בפרספקטיבה. הקדמה זו מכילה לעתים קרובות סקירה קצרה של העובדות הבסיסיות של ביולוגיה מולקולרית וביוכימיה. תפקידו בין השאר להראות שהתלמיד מבין בתחום באופן כללי. כאן אי ההבנה בדרך כלל מרימה את ראשה המכוער.

אצטט כאן מתואר דוקטור אחרון. תזה שמראה בבירור את אי ההבנה. שמו של המחבר אינו מעניין, שכן אני מודאג מהתופעה הכללית, לא המדען הבודד.

הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית […] מוצהרת לעתים קרובות בצורתה הפופולרית כ-”DNA מתעתק ל-RNA ו-RNA מתורגם לחלבונים בריבוזומים”. הדוגמה בצורה זו מניחה שזרימת המידע בתא היא בעצם תהליך חד כיווני […]

חריגים לזרימה מרכזית זו הם רבים […]

יתרה מכך, האם חלבונים הנקראים גורמי שעתוק [..] יכולים להיקשר ל-DNA ולהשפיע על קצב השעתוק של גנים, ובכך לשנות את אופן קריאת המידע.

בדוגמה זו, יש אפילו איור המציג ”ייצוג ריאליסטי יותר” מאשר הדוגמה המרכזית. וזה לא נכון, כי הדוגמה המרכזית של קריק עדיין נכונה בדיוק, ואין צורך ב-”ייצוג ריאליסטי יותר”. הבסיס לאי ההבנה נמצא בבירור במשפט האחרון של הפסקה הראשונה, שם נטען כי ”הדוגמה המרכזית מניחה שהמידע זורם בתא…”. זה לא נכון. הדוגמה המרכזית לא עושה דבר כזה.

אז עד כמה הבעיה הזו רצינית? בתרגיל די פשטני, אספתי חבורה של Ph.D. עבודות מ-2009 עד 2015 שהיו מונחות במקום עבודתי, SciLifeLab. ב-9 מהם לא היה אזכור לדוגמה המרכזית, בעיקר בגלל שהם התמקדו בטכנולוגיה ולא במדע בסיסי. ב-8 התזה הנותרות, 4 מזכירים את הדוגמה המרכזית ומתארים אותה בצורה נכונה. 4 הסופי או מבינים את זה לגמרי, או אומרים הצהרות המראות עדות לאי ההבנה. מתוך 16 (או 8, תלוי איך רואים את זה), 4 נכשלים. זה לא נתון טוב במיוחד.

יש לציין כי הסבר אפשרי – שיש משהו לא בסדר בהשכלה לקראת הדוקטורט. תזות – לא נראה סביר. הדפוס אינו עקבי במיוחד, ולכן סביר יותר שהמדענים הצעירים גיבשו דעות אלו בעצמם. זה יהיה מעניין להבין מה הסיבה לשורש, אבל אין לי מושג איך לעשות את זה.

מה מוסר ההשכל של זה? ניתן לתמצת אותו לשני כללים:

  1. אם אתה מצטט מאמר, ודא שקראת אותו.
  2. לפני שתחליט על השערה, וודא שאתה מבין אותה תחילה.

אם אתה חושב שמוסר משעמם, אז תסתכל בסרט הנפלא הזה שנעשה ב-1971 בסטנפורד, שממחיש כיצד הריבוזום פועל לתרגום mRNA לחלבון, אחת מההעברות של מידע רצף שמאפשרות הדוגמה המרכזית.

חיבור: קייסי ברגמן (@caseybergman) הודיעה לי על פוסט בבלוג מ-15 בינואר 2007 מאת לורנס א. מורן, אשר מתחקה אחר מקור אי ההבנה כל הדרך חזרה לג'ים ווטסון, מכל האנשים! הוא כנראה פישל את ההבחנה החיונית במהדורה הראשונה של ספר הלימוד שלו הביולוגיה המולקולרית של הגן (1965). ויש עוד ספרי לימוד שמספקים בלבול גם בנושא. אנחה…

תיקון: במשפט ”למעשה, הרעיון ש…”, כתוב כעת ”ללא” במקום ”עם”! תודה ג'יימס גילברט על הזיהוי!


טֶבַע, 226, 1198 (1970).

Temin, H.M., and Mizutani, S., טֶבַע, 226, 1211 (1970). מאמר זה מכיל את ההפניות לעבודתו הקודמת של ד"ר טמין משנת 1963.

בולטימור, ד', טֶבַע, 226, 1209 (1970). ראה גם את התיאור הקצר של עבודתו האחרונה של שפיגלמן בעמוד 1202.

קריק, F.H.C., ב סימן Soc. Exp. ביול., השכפול הביולוגי של מקרומולקולות, י"ב, 138 (1958).

קומנר, ב., טֶבַע, 220, 334 (1968).

פליישמן, פ., טֶבַע, 225, 30 (1970).

הרשי, א.ד., טֶבַע, 226, 697 (1970).

מקארתי, ב', והולנד, ג'יי ג'יי, פרוק. US Nat. Acad. Sci., 54, 880 (1965).

Gibbons, R.A., והאנטר, G.D., טֶבַע, 215, 1041 (1967).


צפו בסרטון: Your Bodys Molecular Machines (פברואר 2023).