Ақпарат

ДНҚ -да молекулалық машиналар кодталған ба?

ДНҚ -да молекулалық машиналар кодталған ба?


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.

Мен молекулалық биология туралы көп білмеймін. Мен Youtube -тен «жасушаның ішкі өмірін» көрдім, бұл менің молекулалық машиналардың қалай пайда болғанына қызығушылығымды тудырды. Менің қарапайым түсінігім, егер бұл молекулалық машиналар ДНҚ-да кодталған болса, онда олар табиғи іріктеу сияқты механизмдер арқылы «дами алады». Бұлай ма? Егер солай болса, ДНҚ тізбегінің қай бөлігінде Kinesin сияқты осы молекулалық машинаның кодтауы бар екенін анықтай аламыз ба? Молекулярлық қозғалтқыш машиналары да РНҚ арқылы синтезделе ме?


Иә.

Сіз айтып отырған «молекулалық машиналар» - бұл арнайы белоктар.

Сіз айтып отырған ерекше зат, кинезин, жасуша қаңқасының құрылымының бөлігі болып табылатын микротүтікшелер бойымен қозғалуға қатысады, бірақ басқа белоктар өз міндеттерін орындау үшін өзіндік машина ретінде әрекет етеді: кейде биохимиялық реакцияны катализдейді, немесе тітіркендіргіш түріне жауап беру немесе пішінді немесе құрылымды қалыптастыру немесе жоғарыда аталғандардың барлығының комбинациясы.

ДНҚ-ның ақуызды кодтайтын бөлімдері жақсы зерттелген, және белгілі ақуыздардың маңызды дерекқорлары бар. Википедияға кірсеңіз, сіз әртүрлі кинезиндердің толық тізімін көресіз, егер сіз біреуін бассаңыз, мысалы, KIF1A, оң жақта ол адамдағы 2-хромосомада, 240,713,764 негізгі жұптан және 240 820 308 негізгі жұппен аяқталады. Тышқанға арналған ақпарат та сол жерде орналасқан.

ДНҚ-ға негізделген өмірдегі белоктардың барлығы алдымен ДНҚ-дан РНҚ транскрипциясын жасау арқылы синтезделеді, ол тиімді түрде ДНҚ-ның қысқа бөлігінің РНҚ көшірмесі болып табылады, содан кейін ол ақуызға айналады. Бұл процеске басқа РНҚ молекулалары да қатысады, рибосоманың рРНҚ бөлігі (ақуыз фабрикасы), сонымен қатар белоктардың аминқышқылдық компоненттерін құрайтын тРНҚ. Транскрипция мен аударма биологияны молекулалық және жасушалық деңгейде түсіну үшін орталық болып табылады.

Тек емес алады кинезиннен коллагенге дейінгі барлық ақуыздар дамиды бар табиғи іріктеу және басқа эволюциялық механизмдер арқылы дамыды және олар бүгінгі күні барлық тірі организмдерде дамуын жалғастыруда. Эволюция болмаса, ешқандай биология болмас еді. РНҚ негізіндегі биология (бүгінгі таңда негізінен кейбір вирустар) эволюциялық механизмдерге бағынады, сондықтан бұл ДНҚ-ға ғана тән нәрсе емес, жалпы тұқымқуалаушылық пен биологияға қатысты.


Иә, молекулалық машиналар ДНҚ -да кодталған деп айту орынды. Сіз айтқандай, кинесин - бұл молекулалық машина - микротүтікшелер бойымен қозғалатын қозғалтқыш ақуыз, олар да ақуыз. Ақуыз ферменттері - жасушаларда ең көп таралған молекулалық машиналардың бірі - олар молекулаларды құрады және ыдыратады. Мембраналық арналар ақуыз болып табылады және оларды молекулярлық машиналар деп атауға болады - мен биік кемелерді жабық кезде емес, ашық тұрған кезде өтуге мүмкіндік беретін тартпалы көпірді елестетемін, бірақ арналар тартқыш көпірлерге қарағанда жасуша мембранасының тесіктеріне ұқсайды.

ДНҚ -дағы [A, G, C және T] негіздерінің реттілігі жасушаға қандай ақуыз жасау керектігін айтады. Және, иә, мутациялар ДНҚ тізбегінде пайда болады, нәтижесінде мутантты ақуыздар - немесе, нұсқа белоктар, өйткені ақуыздың жақсы жұмыс істейтін бірнеше нұсқасы жиі кездеседі.

Википедия мақаласы - https://kk.wikipedia.org/wiki/Kinesin - ДНҚ-дағы гендердің сәйкес отбасымен кодталған кинездік белоктардың отбасы туралы айтылады.

Иә - РНҚ молекулалық машиналарды синтездеуде маңызды. Ол біздің гендердегі әр түрлі белоктардың ДНҚ кодтарының көшірмелерін алып жүреді. Оның ДНҚ сияқты 3 негізі ['әріптер'] бар - A, G және C, бірақ T орнына U бар, ол Т ДНҚ-ның қай жерде болса да, РНҚ тізбегінде жүреді. Гендердің РНҚ көшірмелері гендердің РНҚ көшірмелерін алып, оны ДНҚ мен РНҚ -ның 4 негізінің орнына амин қышқылдары бар ақуыздар жасау үшін пайдаланатын таңғажайып молекулалық фабриканың рибосомасына барады.


Жаңа ашылым адам жасушаларының ДНҚ -ға РНҚ тізбегін жаза алатынын көрсетеді

Жасушаларда ДНҚ-ны жаңадан пайда болған жасушаға кіретін жаңа жинаққа көшіретін механизмдер бар. Полимеразалар деп аталатын дәл осындай машиналар класы рецепттердің орталық ДНҚ репозиторийінен көшірілген жазбалар сияқты РНҚ хабарламаларын жасайды, сондықтан оларды ақуыздарға тиімдірек оқуға болады. Бірақ полимеразалар тек бір бағытта ДНҚ немесе РНҚ -да жұмыс істейді деп есептелді. Бұл РНҚ хабарларының геномдық ДНҚ рецепттер кітабына қайта жазылуына жол бермейді. Енді Томас Джефферсон Университетінің зерттеушілері РНҚ сегменттерін ДНҚ -ға қайта жазуға болатындығының алғашқы дәлелін береді, бұл биологиядағы орталық догмаға қауіп төндіреді және биологияның көптеген салаларына әсер етуі мүмкін.

Томас Джефферсон университетінің биохимия және молекулалық биология кафедрасының доценті Ричард Померанц: «Бұл жұмыс РНҚ хабарларын ДНҚ -ға айналдыру механизмінің маңыздылығын түсінуге көмектесетін көптеген басқа зерттеулерге жол ашады. . «Адам полимеразасы мұны жоғары тиімділікпен жасай алатындығы көптеген сұрақтар туғызады». Мысалы, бұл нәтиже РНҚ хабарларын геномдық ДНҚ-ны жөндеуге немесе қайта жазуға шаблон ретінде пайдалануға болатынын көрсетеді.

Жұмыс 11 маусымда журналда жарияланған Ғылымдағы жетістіктер.

Бірінші автор Гурушанкар Чандрамулимен және басқа әріптестермен бірге доктор Померанц тобы полимеразалық тета деп аталатын ерекше бір полимеразаны зерттеуден бастады. Сүтқоректілердің жасушаларындағы 14 ДНҚ полимеразасының тек үшеуі ғана жасушаның бөлінуіне дайындалу үшін бүкіл геномды көбейту жұмысының негізгі бөлігін орындайды. Қалған 11-і негізінен ДНҚ тізбегінде үзіліс немесе қате болған кезде оларды анықтауға және жөндеуге қатысады. Полимераза тета ДНҚ-ны жөндейді, бірақ қателіктерге бейім және көптеген қателіктер немесе мутациялар жасайды. Сондықтан зерттеушілер полимеразды тетаның кейбір «жаман» қасиеттері оның басқа жасушалық құрылғымен ортақ болатынын байқады, бірақ вирустарда жиі кездесетін бір нәрсе – кері транскриптаза. Пол тета сияқты, АИВ кері транскриптазасы ДНҚ-полимераза ретінде әрекет етеді, сонымен бірге РНҚ-ны байланыстырады және РНҚ-ны ДНҚ тізбегіне қайта оқи алады.

Бірқатар талғампаз эксперименттерде зерттеушілер полимеразалық тетаны АИТВ -ның кері транскриптазасына қарсы тексерді, бұл оның ең жақсы зерттелген бірі. Олар полимеразалық тета РНҚ хабарларын ДНҚ -ға айналдыруға қабілетті екенін көрсетті, ол ВИЧ -тің кері транскриптазасы сияқты жасады және ДНҚ -ны ДНҚ -ға көшіруге қарағанда жақсы жұмыс жасады. Полимеразды тета тиімдірек болды және жаңа ДНҚ хабарламаларын жазу үшін РНҚ үлгісін пайдалану кезінде ДНҚ-ны ДНҚ-ға көшіруге қарағанда қателерді азайтты, бұл бұл функцияның жасушадағы негізгі мақсаты болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Бұл топ доктор Сяоцзян С.Ченнің USC лабораториясымен жұмыс жасады және құрылымды анықтау үшін рентгендік кристаллографияны қолданды және бұл молекула РНҚ молекуласын орналастыру үшін пішінін өзгерте алатынын анықтады-бұл полимеразалар арасында ерекше ерлік.

Доктор Померанц: «Біздің зерттеулер полимеразалық тетаның негізгі функциясы кері транскриптазаның рөлін атқаратынын көрсетеді», - дейді. «Дені сау жасушаларда бұл молекуланың мақсаты РНҚ-мен байланысты ДНҚ-ны қалпына келтіру болуы мүмкін. Рак клеткалары сияқты зиянды жасушаларда полимеразалық тета жоғары дәрежеде көрінеді және қатерлі ісік жасушаларының өсуі мен дәрілік заттарға төзімділігін арттырады. Қалай болатынын түсіну қызықты болады. РНҚ-дағы полимераз тета белсенділігі ДНҚ-ны қалпына келтіруге және рак клеткаларының көбеюіне ықпал етеді.

Бұл зерттеуге NIH гранттары 1R01GM130889-01 және 1R01GM137124-01 және R01CA197506 және R01CA240392 қолдау көрсетті. Бұл зерттеуге Tower Cancer Research Foundation гранты да ішінара қолдау көрсетті.


Кітапты ДНҚ -да жазу

(БОСТОН) - Джордж Черчтің келесі кітабы 2 қазанға дейін сөрелерде болмағанымен, ол қазірдің өзінде керемет көрсеткіштен өтті: 70 миллиард дана — барлық уақыттағы ең жақсы 100 кітаптың қосындысынан үш есе көп.

Және олар сіздің нобайыңызға сәйкес келеді.

Қазіргі уақытта «Регенез» кітабының 70 миллиард данасы ДНҚ түрінде сақталған.

Бұл Гарвард университетіндегі Вис биологиялық рухтандырылған инженерия институтының негізін қалаушы оқытушысы Черч және Гарвард медициналық мектебінің генетика профессоры Роберт Уинтроп пен оның командасы кітапты ДНҚ-ға кодтағандықтан, Регенез: синтетикалық биология ДНҚ -да табиғатты және өзімізді қалай ашады, содан кейін олар декодталған және көшірілген.

Биологияның деректер банкі, ДНҚ ұзақ уақыт бойы зерттеушілерді сақтау ортасы ретіндегі әлеуетімен таң қалдырды: фантастикалық тығыз, тұрақты, энергияны үнемдейтін және шамамен 3,5 миллиард жыл бойы жұмыс істейтіні дәлелденген. ДНҚ-ның сақталу мүмкіндігін көрсететін бірінші жоба болмаса да, Church ’s тобы ДНҚ-да бұрын сақталған деректердің 1000 есе үлкен көлемін кодтаудың жаңа стратегиясымен жаңа буынның жүйелеу технологиясына үйленді.

Топ өз нәтижелерін журналдың 17 тамыздағы санында хабарлайды Ғылым.

Зерттеушілер кітаптың мәтінін, суреттерін және пішімін сақтау үшін екілік кодты қолданды. Шкаласы шамамен 1/4 дюймдік дискета болатындай болғанымен, бит тығыздығы диаграммадан дерлік төмен: 5,5 петабит немесе 1 миллион гигабит, текше миллиметр. “Ақпараттың тығыздығы мен масштабы биология мен физиканың басқа тәжірибелік сақтау әдістерімен жақсы салыстырылады”,”, Wyss институтының аға ғалымы және қағаздың аға авторы Шрирам Косури айтты. Командаға сонымен қатар бұрынғы Wyss постдокторы Юан Гао кірді, ол қазір Джонс Хопкинс университетінің биомедициналық инженерия кафедрасының доценті.

Кейбір тәжірибелік орталар, мысалы, кванттық голография - керемет суық температура мен орасан зор энергияны қажет ететін жерлерде ДНҚ бөлме температурасында тұрақты. “Сіз оны қалаған жеріңізге, шөлге немесе аулаңызға тастай аласыз, ол 400 000 жылдан кейін сонда болады,” деді Черч.

ДНҚ -да оқу мен жазу басқа ақпарат құралдарына қарағанда баяу жүреді, бірақ бұл оны жылдам іздеуге немесе өңдеуге емес, үлкен көлемдегі деректерді мұрағатта сақтауға ыңғайлы етеді. & Amp; “Қабырғаларды бейнетіркегіштермен бояңыз. Көбінесе олар жазады және оларға ешкім бармайды. Бірақ егер шынымен жақсы немесе шынымен жаман нәрсе болса, сіз барып, қабырғаны қырып, не алғаныңызды көргіңіз келеді. Молекулалық нәрсе энергияны үнемдейтін және ықшам, сондықтан сіз бұрын мүмкін емес қосымшаларды қарастыра аласыз. ”

Шамамен төрт грамм ДНҚ теориялық түрде адамзат бір жыл ішінде жасаған цифрлық мәліметтерді сақтай алады.

Басқа жобалар тірі бактериялардың ДНҚ -дағы деректерді кодтағанмен, шіркеу тобы ДНҚ -ны коммерциялық ДНҚ жасау үшін коммерциялық ДНҚ микрочиптерін қолданды. “Біз мақсатты түрде тірі жасушалардан аулақ болдық, - деді Шіркеу. “Ағзада сіздің хабарламаңыз бүкіл жасушаның кішкене ғана бөлігі болып табылады, сондықтан бос орын көп. Бірақ одан да маңыздысы, ДНҚ жасушаға ене салысымен, егер ол ДНҚ -ны сақтап қалмаса, егер эволюциялық тұрғыдан тиімді болмаса, жасуша оны мутациялай бастайды, ақырында жасуша оны толығымен жояды. & #8221

Тағы бір сапарда команда қысқа жіптердегі қабаттасуларды анықтау арқылы ұзын ДНҚ тізбегін қайта құрастыратын “мылтық секвенциясы” деп аталатыннан бас тартты. Оның орнына, олар ақпараттық технологияларды қабылдады және кітапты 96-биттік деректер блоктарына кодтады, олардың әрқайсысы 19-биттік адресті жинауға нұсқау берді. Jpeg кескіндері мен HTML пішімдеуін қоса алғанда, кітап коды осы деректер блоктарының 54 898-ін қажет етеді, олардың әрқайсысы бірегей ДНҚ тізбегі. “Біз қазіргі әлем шын мәнінде қалай Zs арқылы емес, нөлдер мен бірліктерге толы екенін көрсеткіміз келді,” деді Косури.

Команда Регенездің әрбір баспа басылымымен ДНҚ көшірмесін қосуды талқылады. Бірақ кітапта Черч және оның бірлескен авторы, ғылым жазушысы Эд Регис синтетикалық биологияны мұқият қадағалауды және оның өнімдері мен құралдарын бақылауды талап етеді. Авторлар уағыздайтын нәрселерін қолдана отырып, ДНҚ -ны енгізуге қарсы шешім қабылдады - кем дегенде ДНҚ -ны осылайша қолданудың қауіпсіздігі, қауіпсіздігі мен этикасы туралы көп әңгіме болғанша. “ Мүмкін келесі кітап, ” Шіркеу айтты.

Бұл жұмысқа АҚШ -тың теңіз -теңіз зерттеулері офисі (N000141010144), Agilent Technologies және Wyss Institute қолдау көрсетті.

БАЙЛАНЫСТАР
Дэвид Кэмерон, Гарвард медициналық мектебі
617.960.7221
[email protected]

Twig Mowatt, Wyss биомедициналық инженерия институты
617.432.1547
[email protected]

Гарвард университетінің Wyss биологиялық инженерлік инженерия институты Nature ’s жобалау принциптерін қолданып, медицинаны түрлендіретін және тұрақты әлем құратын биохимиялық материалдар мен құрылғыларды әзірлейді. Гарвардтың медицина, инженерия, өнер және ғылым мектептері арасында альянс ретінде жұмыс істеу және Бет Израиль Диконес медициналық орталығымен, Бостон балалар ауруханасы, Бригам және әйелдер ауруханасы, Дана Фарбер ісік институты, Массачусетс штатының генералы. Аурухана, Массачусетс университетінің медициналық мектебі, Спольдинг оңалту ауруханасы, Тафтс университеті және Бостон университеті, институт қауіпті технологиялық жетістіктерге әкелетін қауіпті зерттеулермен айналысу үшін тәртіптік және институционалдық кедергілерден өтеді. Табиғаттың өзін-өзі ұйымдастыру және өзін-өзі реттеу принциптеріне еліктеу арқылы Wyss зерттеушілері денсаулық сақтау, энергетика, сәулет, робототехника және өндіріске арналған инновациялық жаңа инженерлік шешімдерді әзірлеуде. Бұл технологиялар клиникалық зерттеушілермен, корпоративтік альянстармен және жаңа стартаптармен ынтымақтастық арқылы коммерциялық өнімдер мен емдеуге айналады.

Гарвард медициналық мектебі Мектептің Бостон кампусында орналасқан 11 академиялық бөлімде немесе Гарвардқа қарасты 16 оқу ауруханалары мен ғылыми-зерттеу институттарындағы 47 аурухана негізіндегі клиникалық бөлімдердің бірінде жұмыс істейтін 7500-ден астам күндізгі оқытушылар бар. Бұл серіктестіктерге Beth Israel Deaconess медициналық орталығы, Brigham and Women ’s ауруханасы, Кембридж денсаулық альянсы, Бостон балалар ауруханасы, Дана-Фарбер қатерлі ісік институты, Гарвард пилигримінің денсаулығы, еврей SeniorLife, Хослин қант диабеті орталығы, Бэйкер балалар орталығы кіреді. , Массачусетс көз және құлақ ауруханасы, Массачусетс жалпы ауруханасы, Маклин ауруханасы, Маунт-Оберн ауруханасы, Шепенс көз ғылыми-зерттеу институты, Спулдинг реабилитациялық ауруханасы және VA Бостон денсаулық сақтау жүйесі.


Молекулалық машиналар және биологияның оқу бағдарламасындағы физиканың орны

Несие: PLOS блогтары

Келесі күні мен өз кінәсімсіз біздің бакалавриат бағдарламасының молекулярлық биологиясы талап ететін курстарды қарап отырдым. Мен 5 кредиттік сағаттық физика курсына қойылатын талапты таптым және бұл курсты студенттердің жоғарғы курсында алуды ұсындым - олардың көпшілігі биология курсын бітірген кезде олардың оқуында маңызды сәт. Мені таң қалдырды, молекулалық биология мамандығы аясында физиканың кіріспе курсын талап етудің қажеті неде? Бұл болашақта физика курсы студенттердің өткендегі молекулалық биологияны түсінуіне әсер ететін уақыт саяхатының мысалы болды ма (құрт саңылаулары немесе басқа да эзотерикалық қиялдар арқылы)? Мен сондай -ақ студенттердің жоғарғы курсында мұндай курсты талап ету олардың дәрежесіне уақытына әсер етуі мүмкін екендігіне таң қалдым.

Айқындық пен ықтимал ағартушылықты іздеуде мен бакалавриат бакалавриат бағдарламасы бойынша өз тәжірибемді еске түсірдім - тәжірибелі жасуша мен молекулярлық биолог ретінде мен біршама абдырап қалдым. Физика аспиранттарына қолдау көрсетудің таңғажайып мақсатын қоспағанда, мен физикаға қойылатын талаптың мақсатын айта алмадым. Бірақ содан кейін, олар студенттерге тағайындаған курстар мен оқу жоспарларын құрудағы мұғалімдердің жауапкершілігі туралы және оқу (ең жақсы) тәжірибе мен заң бұзушылықтар туралы жалпы түсініктер туралы қатты ойланғаннан кейін, менің ойым тынышталды, бәлкім, мені мақала алаңдатты. Оксфорд Нанопорасының MinION (→) «ДНҚ мен РНҚ-ны реттеуге арналған портативті құрылғы», ноутбуктің USB портына қосылатын құрылғы! Бакалавриат деңгейінде тиімді білім беру реформасына қалай қол жеткізуге болатыны туралы ықтимал киксотикалық мәселеден алшақтап, мен ДНҚ секвенсерлерінің соңғы буынының қалай жұмыс істейтінін шынымен түсінгенімді тексеру үшін өзімді тойымсыз қызығушылыққа (немесе терең сенімсіздікке) итермеледім. Бұл мені Meni Wanunu (2012. Nanopores: A journey to DNA Sequencing) жазған мақалаға алып келді. Қағазды оқи отырып, мен өзімнің алғашқы сеніміме қайта оралдым, иә, физиканы түсіну биологиялық жүйелердің қалай жұмыс істейтіні туралы молекулярлық деңгейдегі түсінікті дамыту үшін өте маңызды, бірақ бұл әдетте студенттерге (талап етілетін) физика емес еді. Әрине, бұл жаңа идея емес еді. Брюс Альбертс бұл тақырыпты бірнеше рет жазды, ең маңыздысы 1989 жылы «Жасуша молекулалық машиналар жинағы» атты мақаласында. Өкінішке орай, студенттердің STEM пәндеріне деген қызығушылығын және түсінуін кеңейтудің маңыздылығы туралы көптеген қолжазбаларға төтеп бермей, бұл салада көп нәрсе орын алған жоқ. Физика курстары (кейбір азшылықтар) белсенді қатысу педагогикасын қабылдаған болуы мүмкін, ал Хейк мағынасында көбісі биологиялық жүйелерге қатысы бар молекулалық деңгей физикасына назар аударудың орнына, тіпті макроскопиялық физиканы оқытуды талап етеді. жасушалық (биологиялық) жағдайда ақуыз машиналарының физикасы. Неге өкінішті? Кәдімгі, яғни биологиялық тұрғыдан маңызды емес кіріспе физика және химия курстары көбінесе көптеген студенттерді биология ғылымдарынан қуып жіберетін зиянды әдеттердің рөлін атқаратындықтан, ішінара менің ойымша, олар көбінесе студенттердің пәнге деген қызығушылықтарына қатысы жоқ болып көрінеді. биологиялық жүйелердің жұмысы.

Нанопораның секвенері мен Ванунуның мақаласы мені биологиялық машиналар туралы қайта ойластыруға мәжбүр етті, олардың саны өте көп, сорғылардан, бұрандалардан және ескектерден бастап әртүрлі тасымалдаушылар түріне, хромосомаларды, мембраналық везикулаларды және жасушалардың бөліктерін құрметпен жылжытатын молекулалық жүк көліктеріне дейін. бір -біріне, ДНҚ тазартқыштарға, ақуыз ашқыштарға және молекулалық қайта өңдеушілерге (→). Nanopore секвенсер жұмыс істейді, өйткені ДНҚ-ның (немесе РНҚ) бір тізбегі тар саңылау арқылы қозғалатындықтан, әртүрлі негіздер (A,C,T,G) кеуекті әртүрлі дәрежеде жауып тастайды, бұл әртүрлі иондар санына, әртүрлі ток мөлшеріне мүмкіндік береді. , тесік арқылы өту. Бұл ағымдағы айырмашылықтарды анықтауға болады және нуклеин қышқылының тізбегі кеуек арқылы қозғалған кезде нуклеотидтер тізбегін оқуға мүмкіндік береді. Процесті түсіну молекулалардың қалай қозғалатынын, яғни молекулалық соқтығысу мен энергияның берілу физикасын, ақуыздар мен мембраналардың ион қозғалысына қалай рұқсат беретінін және шектейтінін, химиялық градиенттер мен электр өрістерінің мембрана арқылы молекулалық қозғалыстарға әсерін түсінуді қамтиды. биологиялық жүйеде кең тараған маңызы. Мұндай идеяларды молекулалардың жасуша ішінде қалай қозғалатыны және ақуыздардың, ақуыз полимерлерінің, липидті мембраналар мен нуклеин қышқылдарының концентрацияланған ерітіндісіндегі молекулалық өлшемдер мен молекулааралық өзара әрекеттесудің әсері туралы жалпы сұрақтарға да қолдануға болады. Оливерира және басқалар. Цитоплазманың тұтқырлығы артуы ішек таяқшасындағы полярлық сегрегацияны тежейді. Молекулалық деңгейде процестер электр өрістерімен (потенциалдарымен) және концентрация градиенттерімен шектелгенімен, стохастикалық (шулы) болады. Стохастикалық процестерді түсіну студенттер үшін қиын, бірақ мұндай процестер бірдей генотиптері бар жасушалар арасындағы фенотиптік айырмашылықтарға (алдыңғы жазба) және мұндай шулы процестерді жасуша мен көп жасушалы организмде қалай басқаратынын түсінуді дамыту үшін өте маңызды.

Жол жолға қарай жүріп бара жатқанда, мен (osh Joshi және т.б., 2017 бейімделген) патогенді бактериялар Vibrio cholerae-де бар найза-ақуызды ақуыз машинасын қарастырдым, бұл молекулярлық машина бактериялар кездесетін көршілерге токсиндерді енгізу үшін қолданылады. соқтығысу (қараңыз. Джоши және басқалар, 2017. Келісім ережелері: Vibrio тырысқақтарындағы VI типті секреция жүйесі). Жүйе күрделі және серіппелі және өте «адамгершілікке жатпайтын» тінтуір қақпанына ұқсайды. Бұл VI типті бірқатар бактериялық жүйелердің бірі және «Т4 бактериофагының құйрығы мен түтігінің құрылымдық және функционалдық гомологиясы бар» – бактерия жасушаларына вирустың генетикалық материалы, оның ДНҚ-сын енгізетін молекулалық машина.

Найзаға негізделген инъекциялық жүйенің құрылысы әлеуметтік (кворум сезу) жүйемен басқарылады (алдыңғы пост). Мұндай организмдердің олардың жалғыз екенін немесе басқа организмдерге толы ортада өмір сүруін анықтау әдістерінің бірі. Жинау процесі кезінде әр түрлі химиялық байланысқан, термодинамикалық қолайлы реакциялардан алынған потенциалды энергия VI типті «найза» түрінде де, бактериялық вирустардың жиырылғыш (нуклеин қышқылын енгізетін) құйрығында да сақталады (фаг). Бұл процестің энергетикасын түсіну, мысалы, АТФ гидролизі сияқты термодинамикалық қолайлы химиялық реакцияларды немесе иондардың электрохимиялық градиент бойынша диффузиясы сияқты физика-химиялық реакцияларды осы «тінтуірдің қақпандарын» орнату үшін қалай пайдалануға болады және Тұзақтар түскен кезде энергияның қайда кететінін түсіну оқушылардың осы және басқа молекулалық машиналардың кең ауқымы туралы түсінігінде маңызды орын алады.

Мұндай молекулалық машиналарда жинақталатын энергия жасушаны жылжытуға жұмсалады. Мысал ретінде, басқа бактериялық жүйе жиырылғыш (IV пили типті) жіптерді жасайды мұндай жіптің жиырылуы «бактерияға өз дене салмағынан 10 000 есе артық қозғалуға мүмкіндік береді, бұл жылдам қозғалысқа әкеледі» (қараңыз Berry & Belicic 2015. Ерекше түрде IV типті пилиндерден тұратын кең таралған наномашиналар: швейцариялық прокариоттық пышақтар). Сондай-ақ мұндай жіптің жиырылуы ДНҚ-ны жасушаға импорттау үшін қолданылатыны анықталды, бұл генді көлденең тасымалдау процесінің алғашқы қадамы. Басқа жағдайларда (басқа молекулалық машиналар) мұндай ақуыз жіптері термодинамикалық қолайлы процестерге қол жеткізе алады, олар винт тәрізді әрекет етеді, жасушалық қозғалысты басқарады.

Әдебиеттермен кездейсоқ серуендеу кезінде мен ДНҚ-ны вибрионға импорттау үшін қолданылатын басқа, бірақ молекулалық жағынан ерекшеленетін машинаны кездестірдім (Matthey & Blokesch 2016 қараңыз. Табиғи сауатты вибрион тырысқақтарының ДНҚ-қабылдау процесі). Бұл молекулалық машина бактерияға қоршаған ортадан ДНҚ импорттауға мүмкіндік береді, мүмкін найзасынан өлген көршісінен шығарылады. Бұл жүйеде (Matthey & Bioesch et al., 2017 → бейімделген) қос тізбекті ДНҚ молекуласы алдымен бактерияның сыртқы мембранасы («ОМ») арқылы тасымалданады, содан кейін ДНҚ-ның екі тізбегі бөлінеді, ал бір тізбек арна арқылы өтеді. ақуыз ішкі (плазмалық) мембрана арқылы және цитоплазмаға түседі, онда ол бактерияның геномдық ДНҚ-сымен әрекеттесе алады.

Студенттерді молекулярлық машиналар идеясымен таныстырудың құндылығы мынада: оны биологиялық жүйелердің қалай жұмыс істейтінін, мұндай машиналар нақты функцияларды қалай орындайтынын, жасушаны жылжыту немесе зақымдалған ДНҚ-ны тану және қалпына келтіруді анықтау үшін пайдалануға болады. Физика биологиялық оқу жоспарында маңызды болса, осы себепті маңызды – ол организмдер «өмірлік» күштермен емес, прозалық физикалық-химиялық күштермен қозғалады деген биологияның негізгі алғышартын бекітеді. Сонымен қатар, эволюцияның молекулалық механизмдері, мысалы, мутация, гендердің қайталануы және геномдық қайта ұйымдастыру, бұрыннан бар құрылымдардан жаңа құрылымдардың пайда болу құралдарын қамтамасыз етеді, бірақ олардың көпшілігінде кіріспе жоқ молекулалық биология бағдарламасы бар. эволюциялық механизмдерге оның қажетті курс тізбегінде – елестетіп көріңізші, физика қажет, бірақ эволюция емес пе?

Студенттердің дипломдық бағдарламаның басында биологиялық маңызды физика курсын алуды талап ететін соңғы нүкте - бұл менің ойымша, сыни және жиі түсінбейтін тармақты бекіту үшін пайдаланылуы мүмкін. Биологиялық жүйелер молекулалық машиналарға сүйенсе де, біз (және біз барлық организмдерді айтамыз) физиктер қандай тұжырымдамаса да, машиналар емеспіз - «Біз ойлайтын барлық машиналармыз» бөлімін қараңыз. Біз өзгеше және ерекше нәрсе. Біздің мінез-құлқымыз бен сезіміміз, ақыр соңында түсінікті немесе түсініксіз, эволюциялық, экологиялық, әлеуметтік және алдын ала болжанбайтын оқиғалар жиынтығымен үзіліссіз және негізінен бағдарланбаған түрде өзгертілген генетикалық кодталған, стохастикалық тепе-теңдіксіз жүйелердің өзара әсерінен туындайды. үшін

3,5 миллиард жыл. Біз шектеулі болғанымызбен, біз біртүрлі және, бәлкім, түсініксіз түрде.

Мени Вануну. Нанокеуектер: ДНҚ секвенциясына саяхат, Өмір физикасы шолулары (2012). DOI: 10.1016/j.plrev.2012.05.010

Брюс Альбертс. Жасуша ақуыз машиналарының жинағы ретінде: молекулалық биологтардың келесі ұрпағын дайындау, Ұяшық (2004). DOI: 10.1016/S0092-8674 (00) 80922-8

Ричард Р. Хейк. Дәстүрлі әдістермен салыстырғанда интерактивті байланыс: физикаға кіріспе курстарына арналған тестілеу деректері бойынша алты мың студенттік сауалнама, Американдық физика журналы (2005). DOI: 10.1119/1.18809

Самуэль М.Д. Оливейра және т.б. Цитоплазманың тұтқырлығының жоғарылауы ішек таяқшасының полярлық бөлінуін тежейді, Молекулалық микробиология (2015). DOI: 10.1111/мм 13257

К.Гарвин-Доксас және т.б. Кездейсоқтықты және оның студенттердің оқуына ықпалын түсіну: Биология тұжырымдамасын түгендеуден алынған сабақтар (BCI), Жасуша биологиясын оқыту (2008). DOI: 10.1187/cbe.07-08-0063

Аватар Джоши және т.б. Қатысу ережелері: Vibrio тырысқақтарындағы VI типті секреция жүйесі, Микробиологиядағы тенденциялар (2016). DOI: 10.1016/j.tim.2016.12.003

Джейми-Ли Берри және т.б. IV типті пилиндерден тұратын өте кең таралған наномашиналар: швейцариялық прокариоттық пышақтар, FEMS микробиологиясына шолу (2015). DOI: 10.1093/femsre/fuu001

P. Seitz және т.б. Табиғи сауатты тырысқақ вибрионының ДНҚ қабылдау аппараты, Ұлттық ғылым академиясының еңбектері (2013). DOI: 10.1073/pnas.1315647110


ДНҚ нанотехнологиясы: ДНҚ молекулалық құрылыс материалы ретінде

Соңғы бірнеше жылда ДНҚ генетикалық ақпаратты тасымалдаушы ретінде емес, наноқұрылымдарды құрастыру үшін құрылыс материалы ретінде пайда болды. ДНҚ нанотехнологиясын зерттеудің жаңа пәні ДНҚ қос спираль құрылымдарының қалыптасуының негізінде жатқан қатаң базалық жұптау ережелерінің артықшылығын пайдаланады, бұл тек комплементарлы нуклеотидтер тізбегі бір-бірімен байланысатынын білдіреді. Бұл қозғалыс жасай алатын молекулалық машиналар деп аталатын ДНҚ түтіктері немесе торлары немесе тіпті функционалды бірліктер сияқты анықталған құрылымдарды қалыптастыру үшін іріктеп жиналатын нуклеотидтер тізбегін құруға мүмкіндік береді.

Мұның бәрі ДНҚ-ның негіздік жұптасу қасиеттерінің арқасында мүмкін, бұл жабысқақ ұштар деп аталатын-біржіпті шығыңқы аймақтардың нуклеотидтер тізбегінің болуын қамтамасыз етеді, олар бір-бірімен толықтырылған негізгі аймақтары бар негізгі жұптарды құрайды. Бұл нанотехнология саласында көптеген қосымшаларды ашады. Жабысқақ ұштарды қолдану ДНҚ торларын белгілі бір мақсатты молекуламен байланыстыруға және сенсор ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Тағы бір көзқарас - биологиялық компьютерлердің дамуы және ДНҚ -ны цифрлық ақпаратты сақтау құралы ретінде қолдану. Бұл жақсы идея болып көрінеді, өйткені ДНҚ сақтау жүйелері деректермен тығызырақ болуы мүмкін, сондықтан кез келген қатты дискіні сақтау жүйелеріне қарағанда ықшам. Біздің генетикалық ақпарат төрт негізде тығыз сақталғандықтан, ол біздің барлық дене жасушаларымызға сәйкес келеді. Зерттеушілер қазірдің өзінде жасанды түрде жасалған ДНҚ сегменттеріндегі кітаптар таңдауын кодтаған және осылайша ДНҚ-да деректердің үлкен көлемін сақтауға болатынын дәлелдеді. Дегенмен, әдіс кеңінен қолдану үшін әлі де тым қымбат.


ДНҚ немесе РНҚ арқылы 'алғашқы сорпада' өмір пайда болды ма? Мүмкін екеуі де

Ғалымдар ұзақ уақыт бойы қай генетикалық ақпарат тасымалдаушы - ДНҚ немесе РНҚ - Жердегі өмірді бастағанын талқылап келеді, бірақ жаңа зерттеу көрсеткендей, өмір екеуінен де басталуы мүмкін. Кембридждегі Медициналық зерттеулер кеңесінің (MRC) молекулалық биология зертханасының (LMB) ғалымдары жүргізген зерттеу ДНҚ мен РНҚ-ның кейбір құрылыс блоктарының өздігінен қалай пайда болғанын және бірге өмір сүргенін алғаш рет көрсетеді. Жердегі «алғашқы сорпа».

Шығарма өмірдің пайда болуының жетекші гипотезаларының бірін - 60 -шы жылдары пайда болған және кеңінен қабылданған «РНҚ әлемі» теориясын сынайды.

Бүгінде барлық тірі организмдер ақпаратты сақтау үшін нуклеин қышқылдары деп аталатын бір генетикалық молекулаларды пайдаланады. Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар: ДНҚ мен РНҚ. ДНҚ гендердегі нұсқауларды кодтайды. РНҚ көмегімен гендер хабарламаларға айналады, ол ақуыздарды жасау үшін нұсқаулар береді. Ақуыздар құрылымдар жасай алады және молекулалық машиналар ретінде әрекет ете алады.

«РНҚ әлемі» теориясында өмір РНҚ молекулаларынан басталды, олар нұсқауларды сақтай алады және қарапайым машина ретінде әрекет ете алады, бұл олардың өздігінен қайталануына мүмкіндік береді. Ол эволюция арқылы РНҚ әлеміндегі тіршілік ДНҚ мен белоктар дәуіріне жол берді деп болжайды, өйткені ДНҚ РНҚ-ға қарағанда тұрақты және берік.

Жылы жарияланған ағымдағы зерттеуде Табиғат, зерттеушілер зертханада таяз тоғандары бар алғашқы жартасты Жердегі жағдайды модельдеді. Олар суда РНҚ құрайтын химиялық заттарды ерітіп, оларды кептірді және қыздырды, содан кейін олар ультракүлгін сәулеленуге ұшырау арқылы ерте күн сәулелерін модельдеді.

Ертедегі Жердің геохимиясының бұл рекреациясында РНҚ-ның екі құрылыс блоктарының синтезіндегі аралық заттар бір уақытта ДНҚ-ның екі құрылыс блоктарына айналды.

Бұл төрт тірек блоктан тұратын генетикалық алфавиттің ақылға қонымды мөлшерлері, олардың екеуі РНҚ үшін және екеуі ДНҚ үшін - ықтимал ерте өмірді кодтау үшін жеткілікті, бұл қазіргі өмірге қарағанда әлдеқайда күрделі болды - мүмкін. алғашқы Жер.

Жұмысты басқарған MRC молекулалық биология зертханасының профессоры Джон Сазерленд былай дейді: «РНҚ -ның әлемдік гипотезасы тіршілік РНҚ -дан басталды деп болжайды, генетикалық ауысу қарабайыр биосинтетикалық машиналар мен ДНҚ -ға әкелетін табиғи іріктеудің алдында.

«Біздің жұмысымыз таяз тоғандар мен ағын суларына сәйкес келетін жағдайларда өмірдің басында РНҚ мен ДНҚ құрылыс блоктары бар аралас генетикалық жүйе болғанын көрсетеді. Бұл көптеген адамдардың өздігінен пайда болуының басты алғышарты деп санайды. Жердегі өмір».

Топтың ерте геохимиясын модельдеуге арналған эксперименттер ДНҚ мен РНҚ үшін төрт құрылыс материалы бірдей реактивтер мен жағдайлардан туындауы мүмкін екенін көрсетті. Олар РНҚ-ның екі құрылыс материалы болып табылатын цитидин мен уридинді және ДНҚ-ның бірі болып табылатын дезоксиаденозинді өндірді. Дезоксиаденозин ішінара ДНҚ басқа құрылыс материалы рөлін атқара алатын дезоксинозинге айналды.

They believe that these four building blocks may have coexisted before life evolved and were the beginnings of a primitive genetic alphabet.

Professor Sutherland adds: "The nucleic acids, RNA and DNA, are clearly related and this work suggests that they both derive from a hybrid ancestor, rather than one preceding the other."

"Since genetic information always flows from nucleic acids to proteins, and never in reverse—a principle called the 'central dogma' of molecular biology by Francis Crick—we now need to uncover how the information which can be stored and purveyed by these nucleic acids could have been first used to make to proteins."

Understanding the chemical origins of life is a fundamental aspect of natural science, and can inform the design of future synthetic biology.

Dr. Megan Dowie, head of molecular and cellular medicine at the MRC commented: "This study shows that blue skies research can reveal fascinating insights into how the very beginnings of life may have emerged, and demonstrates the importance of supporting fundamental research. These underpinning discoveries in the life sciences could enable exciting future strategies for artificial biology."


Selected list of molecular machines:

I. Molecular Machines that Scientists Have Argued Show Irreducible Complexity

1. Bacterial Flagellum: The flagellum is a rotary motor in bacteria that drives a propeller to spin, much like an outboard motor, powered by ion flow to drive rotary motion. Capable of spinning up to 100,000 rpm, 13 one paper in Микробиологиядағы тенденциялар called the flagellum “an exquisitely engineered chemi-osmotic nanomachine nature’s most powerful rotary motor, harnessing a transmembrane ion-motive force to drive a filamentous propeller.” 14 Due to its motor-like structure and internal parts, one molecular biologist wrote in the journal Ұяшық, “[m]ore so than other motors, the flagellum resembles a machine designed by a human.” 15 Genetic knockout experiments have shown that the E. coli flagellum is irreducibly complex with respect to its approximately 35 genes. 16 Despite the fact that this is one of the best studied molecular machines, a 2006 review article in Табиғат шолулары Микробиология admitted that “the flagellar research community has scarcely begun to consider how these systems have evolved.” 17

2. Eukaryotic Cilium: The cilium is a hair-like, or whip-like structure that is built upon a system of microtubules, typically with nine outer microtubule pairs and two inner microtubules. The microtubules are connected with nexin arms and a paddling-like motion is instigated with dynein motors. 18 These machines perform many functions in Eukaryotes, such as allowing sperm to swim or removing foreign particles from the throat. Michael Behe observes that the “paddling” function of the cilium will fail if it is missing any microtubules, connecting arms, or lacks sufficient dynein motors, making it irreducibly complex. 19

3. Aminoacyl-tRNA Synthetases (aaRS): aaRS enzymes are responsible for charging tRNAs with the proper amino acid so they can accurately participate in the process of translation. In this function, aaRSs are an “aminoacylation machine.” 20 Most cells require twenty different aaRS enzymes, one for each amino acid, without which the transcription/translation machinery could not function properly. 21 As one article in Cell Biology International stated: “The nucleotide sequence is also meaningless without a conceptual translative scheme and physical ‘hardware’ capabilities. Ribosomes, tRNAs, aminoacyl tRNA synthetases, and amino acids are all hardware components of the Shannon message ‘receiver’. But the instructions for this machinery is itself coded in DNA and executed by protein ‘workers’ produced by that machinery. Without the machinery and protein workers, the message cannot be received and understood. And without genetic instruction, the machinery cannot be assembled.” 22 Arguably, these components form an irreducibly complex system. 23

4. Blood clotting cascade: The blood coagulation system “is a typical example of a molecular machine, where the assembly of substrates, enzymes, protein cofactors and calcium ions on a phospholipid surface markedly accelerates the rate of coagulation.” 24 According to a paper in Биоэсселер, “the molecules interact with cell surface (molecules) and other proteins to assemble reaction complexes that can act as a molecular machine.” 25 Michael Behe argues, based upon experimental data, that the blood clotting cascade has an irreducible core with respect to its components after its initiation pathways converge. 26

5. Ribosome: The ribosome is an “RNA machine” 27 that “involves more than 300 proteins and RNAs” 28 to form a complex where messenger RNA is translated into protein, thereby playing a crucial role in protein synthesis in the cell. Craig Venter, a leader in genomics and the Human Genome Project, has called the ribosome “an incredibly beautiful complex entity” which requires a “minimum for the ribosome about 53 proteins and 3 polynucleotides,” leading some evolutionist biologists to fear that it may be irreducibly complex. 29

6. Antibodies and the Adaptive Immune System: Antibodies are “the ‘fingers’ of the blind immune system—they allow it to distinguish a foreign invader from the body itself.” 30 But the processes that generate antibodies require a suite of molecular machines. 31 Lymphocyte cells in the blood produce antibodies by mixing and matching portions of special genes to produce over 100,000,000 varieties of antibodies. 32 This “adaptive immune system” allows the body to tag and destroy most invaders. Michael Behe argues that this system is irreducibly complex because many components must be present for it to function: “A large repertoire of antibodies won’t do much good if there is no system to kill invaders. A system to kill invaders won’t do much good if there’s no way to identify them. At each step we are stopped not only by local system problems, but also by requirements of the integrated system.” 33

II. Additional Molecular Machines

7. Spliceosome: The spliceosome removes introns from RNA transcripts prior to translation. According to a paper in Ұяшық, “In order to provide both accuracy to the recognition of reactive splice sites in the pre-mRNA and flexibility to the choice of splice sites during alternative splicing, the spliceosome exhibits exceptional compositional and structural dynamics that are exploited during substrate-dependent complex assembly, catalytic activation, and active site remodeling.” 34 A 2009 paper in PNAS observed that “[t]he spliceosome is a massive assembly of 5 RNAs and many proteins” 35 —another paper suggests “300 distinct proteins and five RNAs, making it among the most complex macromolecular machines known.” 36

8. F0F1 ATP Synthase: According to cell biologist and molecular machine modeler David Goodsell, “ATP synthase is one of the wonders of the molecular world.” 37 This protein-based molecular machine is actually composed of two distinct rotary motors which are joined by a stator: As the F0 motor is powered by protons, it turns the F1 motor. This kinetic energy is used like a generator to synthesize adenosine triphosphate (ATP), the primary energy carrying molecule of cells. 38

9. Bacteriorhdopsin: Bacteriorhodopsin “is a compact molecular machine” that uses that sunlight energy to pump protons across a membrane. 39 Embedded in the cell membrane, it consists of seven helical structures that span the membrane. It also contains retinal, a molecule which changes shape after absorbing light. Photons captured by retinal are forced through the seven helices to the outside of the membrane. 40 When protons flow back through the membrane, ATP is formed.

10. Myosin: Myosin is a molecular motor that moves along a “track”—in this case actin filaments—to form the basis of muscle movement or to transport cargoes within the cell. 41 Muscles use molecular machines like myosin to “convert chemical energy into mechanical energy during muscle contraction.” 42 In fact, muscle movement requires the “combined action of trillions of myosin motors.” 43

11. Kinesin Motor: Much like myosin, kinesin is a protein machine that binds to and carries cargoes by “crawl[ing] hand-over-hand along a microtubule” in the cell. 44 Kinesins are powerful enough to drag large cellular organelles through the cell as well as vesicles or aid in assembly of bipolar spindles, or depolymerization of microtubules. 45

12. Tim/Tom Systems: Tim or Tom systems are selective protein pump machines that import proteins across the inner (Tim) and outer (Tom) membranes of mitochondria into the interior matrix of the mitochondria. 46

13. Calcium Pump: The calcium pump is an “amazing machine with several moving parts“ that transfers calcium ions across the cell membrane. It is a machine that uses a 4-step cycle during the pump process. 47

14. Cytochrome C Oxidase: Cytochrome C Oxidase qualifies as a molecular machine “since part of the redox free energy is transduced into a proton electrochemical gradient.” 48 The enzyme’s function is to carefully control the final steps of food oxidation by combining electrons with oxygen and hydrogen to form water, thereby releasing energy. It uses copper and iron atoms to aid in this process. 49

15. Proteosome: The proteosome is a large molecular machine whose parts must be must be carefully assembled in a particular order. For example, the 26S proteosome has 33 distinct subunits which enable it to perform its function to degrade and destroy proteins that have been misfolded in the cell or otherwise tagged for destruction. 50 One paper suggested that a particular eukaryotic proteasome “is the core complex of an energy-dependent protein degradation machinery that equals the protein synthesis machinery in its complexity.” 51

16. Cohesin: Cohesin is molecular machine “multisubunit protein complex” 52 and “a macromolecular complex that links sister chromatids together at the metaphase plate during mitosis.” 53

17. Condensin: Condensin is a molecular machine that helps to condense and package chromosomes for cell replication. It is a five subunit complex, and is “the key molecular machine of chromosome condensation.” 54

18. ClpX: ClpX is a molecular machine that uses ATP to both unfold proteins and then transport unfolded proteins into another complex in the cell. It moves these proteins into the ClpP complex. 55

19. Immunological Synapse: The immunological synapse is a molecular machine that serves as an interface to activate of T cells. Once an immunological synapse is completely formed, T Cells are activated and proliferate, sparking key part of the immune response. 56

20. Glideosome: The glideosome is a “macromolecular complex” and an “elaborate machine” 57 whose function is to allow protozoa to rely on gliding motility over various substrates.

21. Kex2: Kex2 is a molecular machine that facilitates cell fusion during the mating of yeast it likely works by degrading cell walls. 58

22. Hsp70: Hsp70 is one of many molecular machines that serve as chaperones that not only assist other proteins in reaching a proper functional conformation (i.e. proper folding) but also helping them to be transported to the proper location in the cell. 59

23. Hsp60: Hsp60 is another chaperone machine – it is tailored to provide “an enclosed environment for folding proteins which totally protects them as they fold.” 60 It is composed of multiple proteins which form a barrel shaped structure with a cap. 61 Once an unfolded protein is inside, it can fold properly.

24. Protein Kinase C: Protein Kinase C is a molecular machine that is activated by certain calcium and diacylglycerol signals in the cell. It thus acts as an interpreter of electrical signals, as one paper in Ұяшық wrote: “This decoding mechanism may explain how cPKC isoforms can selectively control different cellular processes by relying on selective patterns of calcium and diacylglycerol signals.” 62

25. SecYEG PreProtein Translocation Channel: The SecYE complex is vital to the operation of “translocation machinery” which works to move molecules across membranes in the cell. 63

26. Hemoglobin: Molecular machine modeller David Goodsell observes that “Hemoglobin is a remarkable molecular machine that uses motion and small structural changes to regulate its action.” 64 Hemoglobin uses iron within its protein structure to carry oxygen from the lungs to the rest of the body through the blood.

27. T4 DNA Packaging Motor: The T4 DNA is one of various packaging motors that are “powerful molecular motors” which emplace viral genomes into capsules called procapsids. 65 Once viral genome packaging is complete, “the DNA packaging motor is released and the separately assembled tail is attached to produce the mature infectious viral particle.” 66

28. Smc5/Smc6: Smc5/Smc6 is a complex machine that is involved with the structural maintenance of chromosomes with regards to cohesions and condensins, 67 and works to remove cohesin from damaged chromosomes prior to chromosomal separation, 68 and may also work to repair and untangle DNA. 69

29. Cytplasmic Dynein: Cytplasmic dynein is a machine involved with cargo transport and movement cell that functions like a motor with a “power stroke.” 70 In particular, it transports nuclei in fungi and neurons in mammalian brains. 71

30. Mitotic Spindle Machine: The mitotic spindle is a highly dynamic self-assembling complex molecular machine composed of tubulin, motors, and other molecules which assembles around the chromosomes and segregates them into daughter cells during mitosis. 72

31. DNA Polymerase: The DNA polymerase is a multiprotein machine that creates a complementary strand of DNA from a template strand. 73 The DNA polymerase is not only the “central component of the DNA replication machinery,” 74 but it “plays the central role in the processes of life,” 75 since it is responsible for the copying of DNA from generation to generation. During the polymerization process, it remains tethered to the DNA using a protein-based sliding clamp. 76 It is extremely accurate, making less than one mistake per billion bases, aided by its ability to proofread and fix mistakes. 77

32. RNA Polymerase: Like its DNA polymerase counterpart, the function of the RNA polymerase is to create a messenger RNA strand from a DNA template strand. Called “a huge factory with many moving parts,” 78 it is a “directional machine and, indeed, as a molecular motor” where it functions “as a dynamic, fluctuating, molecular motor capable of producing force and torque.” 79

33. Kinetochore: The kinetochore is a “proteinaceous structure that assembles on centromeric chromatin and connects the centromere to spindle microtubules.” 80 Called a “macromolecular protein machine,” 81 it is composed of over 80 protein components 82 it aids in separating chromosomes during cell division.

34. MRX Complex: The MRX complex forms telomere length counting machinery that measures the integrity of telomeres, the structures that protect the ends of eukaryotic chromosomes. Properly measuring telomere length is vital to ensure proper cell lifetime and genome stability. 83 Yeast use the MRX complex via a “’protein-counting’ mechanism whereby higher numbers of proteins bound by a longer telomere repeat tract ultimately inhibit telomerase activity at that particular telomere.” 84

35. Apoptosome / Caspase: While many molecular machines keep a cell alive, there are even machines that are programmed to cause cell death, or apoptosis. Cell death must be carefully timed so that cells die when they need to be replaced. According to David Goodsell, “Caspases are the executioners of apoptosis,” and they work by destroying specific proteins in the right order so as to “disassemble the cell in an orderly manner.” 85 Caspases can be part of a “death machine” called the apoptosome, 86 a molecular machine which receives signals indicating cellular stress and then initiates cell death, including activity of caspases.

36. Type III Secretory System: This machine, often called the T3SS, is a toxin injection machine used by predatory bacteria to deliver deadly toxins into other cells. 87 It is composed of subunits that are machines, such as the injectisome nanomachine. 88

37. Type II Secretion Apparatus: The T2SS is a complex nanomachine that translocates proteins across the outer membrane of a bacterium. 89

38. Helicase/Topoisomerase Machine: The helicase and topoisomerase machines work together to properly unwrap or unzip DNA prior to transcription of DNA into mRNA or DNA replication. 90 Topoisomerase performs this function by cutting one DNA strand and then holding on to the other while the cut strand unwinds. 91

39. RNA degradasome: The RNA degradasome “multiprotein complex involved in the degradation of mRNA” 92 or trimming RNAs into their active forms 93 in E. coli бактериялар. Its large size “would readily qualify [it] as a supramolecular machine dedicated to RNA processing and turnover.” 94

40. Photosynthetic system: The processes that plants use to convert light into chemical energy a type of molecular machines. 95 For example, photosystem 1 contains over three dozen proteins and many chlorophyll and other molecules which convert light energy into useful energy in the cell. “Antenna” molecules help increase the amount of light aborbed. 96 Many complex molecules are necessary for this pathway to function properly.


What is a Genetic Code

The genetic code is the set of rules by which the genetic information is encoded within the genome. The genes of the genome are made up of a series of nucleotides that can be grouped into codons. The genetic code links the set of codons within a particular gene into either the amino acid set of the polypeptide chain of a protein or the RNA codon sequence of functional RNA molecules such as tRNA and rRNA. The genetic code consists of sixty-four codons that represent unique amino acids that are involved in protein synthesis. 20 амин қышқылын білдіретін генетикалық код көрсетілген 1-сурет.

1-сурет: Генетикалық код

Degeneracy is one of the significant features of the genetic code. Бұл бір аминқышқылын бірнеше кодонмен ұсынуға болатынын білдіреді. The genetic code does not overlap a single nucleotide cannot be a part of two adjacent codons, and the genetic code is nearly universal.


A Stunning New Illustration of Intelligent Design in the Cell: Video Reveals Fantastically Sophisticated Molecular Machines

Known for its advocacy of intelligent design, Discovery Institute has released a dramatic new three-minute video revealing what could be the most visually stunning molecular machines in cells, called kinesins. The animation provides a new presentation of evidence for intelligent design at the cellular level.

"It’s one thing to tell someone, ‘Hey, kinesins are key transport proteins within the cell.’ It’s another matter entirely to show them, which is what this video does so beautifully," says philosopher of biology Paul Nelson. "For some very deep reason, our perception of function is powerfully enhanced by being able to visualize the design that exists in nature. One picture is worth a thousand syllogisms. No one who sees a kinesin in action can forget what they’ve seen."

The original animation by Light Productions brings to life these masterpieces of microengineering. Kinesins are motorized transport machines that move cellular materials to their correct locations so that they can perform their functions. Kinesins have two feet, or "globular heads," that literally walk, one foot over another. Known as the "workhorses of the cell," kinesins can carry cargo many times their own size.

The video, titled "The Workhorse of the Cell: Kinesin," is the third in Discovery Institute’s series on molecular machines as evidence for design in nature. The first in the series, "Journey Inside the Cell," has over half a million views on YouTube. It shows how the digital information encoded in DNA directs protein synthesis in the cell. The second, an animation of ATP synthase molecular machinery, has accrued over 70,000 views since its release last year.

"I open my cell biology course with a video on the cell, and the kinesin molecule is always the star of the show," said Ralph Seelke, professor of microbial genetics at the University of Wisconsin, Superior. "Discovery Institute’s video shows it in its full glory and the inference of design is very strong."

"Congratulations to Discovery Institute," said Tobias A. Mattei, a neurosurgeon at InvisionHealth. "As an epitome of the remarkable set of high-efficiency intracellular machinery, kinesin constitutes another example of the delicate and fine-tuned balance required for sustaining even the simplest living forms."


Анықтамалар

Burge, C. B., Tuschl, T. & Sharp, P. A. in The RNA World 2nd edn (eds Gesteland, R. F., Cech, T. R. & Atkins, J. F.) 525–560 (Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1999).

Gerasimova, T. I., Gdula, D. A., Gerasimov, D. V., Simonova, O. & Corces, V. G. Ұяшық 82, 587–597 (1995).

Gerasimova, T. I. & Corces, V. G. Ұяшық 92, 511–521 (1998).

Buchner, K. et al. Генетика 155, 141–157 (2000).

Adams, M. D. et al. Ғылым 287, 2185–2195 (2000).

Agabian, N. Ұяшық 61, 1157–1160 (1990).

Caudevilla, C. et al. Проц. Natl Acad. Ғылыми. АҚШ 95, 12185–12190 (1998).

Harvey, A. J., Bidwai, A. P. & Miller, L. K. Мол. Ұяшық. Биол. 17, 2835–2843 (1997).

Burge, C. B. & Karlin, S. Curr. Пікір. Құрылым. Биол. 8, 346–354 (1998).


Бейнені қараңыз: ДНҚ репликациясы (Желтоқсан 2022).