DNA ถือรหัสพันธุกรรม แต่มันอ่านอะไร ผู้แต่ง 'Gene Machine' อธิบาย

ในฐานะแกนกลางของ DNA คือตัวเราเองเกลียวคู่ที่มีชื่อเสียงเป็นหัวใจสำคัญของการศึกษาชีววิทยาทั่วโลก แต่โมเลกุลพื้นฐานเหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้ตามลำพัง DNA จัดเก็บซอร์สโค้ดและข้อมูลเพื่อสร้างร่างกายของเราและการค้นพบนั้นได้เปิดประตูสู่หัวข้อการวิจัยใหม่นับไม่ถ้วนรวมถึงคำถามที่ว่า“ เครื่องอ่านรหัสอะไรของเรา”

นักชีววิทยาที่ได้รับรางวัลโนเบล Venki Ramakrishnan เปิดเผยการเดินทางเพื่อค้นหาคำตอบ Gene Machine: การแข่งขันเพื่อถอดรหัสความลับของ Ribosome เขาออกเดินทางทะเยอทะยานในการเผชิญกับความไม่แน่นอนอธิบายไม่เพียง แต่วิทยาศาสตร์ที่มีความชัดเจนชัดเจน แต่ยังมีมุมมองเกี่ยวกับการเมืองที่ซับซ้อนรอบการแสวงหาความรู้ด้วยความอ่อนน้อมถ่อมตน

ด้านล่างเป็นข้อความที่ตัดตอนมาจาก เครื่องยีน จัดพิมพ์ในสัปดาห์นี้โดยหนังสือพื้นฐาน

โผล่ออกมาจากหมอกดั้งเดิม

การเริ่มชีวิตเป็นหนึ่งในความลึกลับที่เหลืออยู่ของชีววิทยา ทุกชีวิตต้องการพลังงานรูปแบบหนึ่งในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่เหมาะสม บางคนได้ชี้ให้เห็นว่าเคมีจำนวนมากที่ชีวิตใช้คล้ายกับชนิดของเคมีที่เกิดขึ้นที่ขอบของช่องระบายความร้อนใต้พิภพในมหาสมุทร แม้ว่านี่จะเป็นเรื่องบังเอิญเหมือนที่คนอื่นโต้แย้ง แต่มันก็มีประโยชน์ที่จะคิดว่าเงื่อนไขใดที่ทำให้ชีวิตมีความเป็นไปได้ แต่ชีวิตขั้นพื้นฐานเป็นมากกว่าปฏิกิริยาเคมี มันเป็นความสามารถในการจัดเก็บและทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรมในวิธีที่ช่วยให้รูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนในการพัฒนาจากคนดั้งเดิมมาก ตามเกณฑ์นี้ไม่มีคำถามที่แม้แต่ไวรัสยังมีชีวิตอยู่แม้ว่าผู้คนเคยตั้งคำถามเพราะพวกเขาต้องการเซลล์โฮสต์ในการทำซ้ำ อย่างไรก็ตามทุกคนที่ป่วยจากไวรัสและพบว่าร่างกายของเขาหรือเธอต่อสู้กับการติดเชื้อจะไม่สงสัยว่าไวรัสยังมีชีวิตอยู่

ปัญหาคือว่าในเกือบทุกรูปแบบของชีวิต DNA มีข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ DNA เองก็เฉื่อยและผลิตโดยเอนไซม์โปรตีนจำนวนมากซึ่งไม่เพียง แต่ต้องการอาร์เอ็นเอเท่านั้น แต่ยังเป็นไรโบโซมเพื่อสร้างเอนไซม์เหล่านั้น นอกจากนี้น้ำตาลใน DNA, Deoxyribose ทำจาก ribose โดยโปรตีนที่ซับซ้อนมาก ไม่มีใครสามารถเข้าใจได้ว่าระบบทั้งหมดจะเริ่มต้นอย่างไร นักวิทยาศาสตร์ที่กำลังคิดว่าชีวิตเริ่มต้นอย่างไรเช่น Crick, Leslie Orgel จาก Salk Institute ใน La Jolla และ Carl Woese ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์แนะนำว่าบางทีชีวิตอาจเริ่มต้นด้วย RNA ในเวลานี้เป็นการเก็งกำไรบริสุทธิ์ - เกือบนิยายวิทยาศาสตร์ - เพราะ RNA ไม่ทราบว่าสามารถดำเนินปฏิกิริยาทางเคมี

การค้นพบของ Cech และ Altman นั้นเปลี่ยนแปลงไปทั้งหมด ตอนนี้อาร์เอ็นเอเป็นโมเลกุลที่สามารถส่งข้อมูลเป็นลำดับเบสเช่นเดียวกับ DNA และยังสามารถทำปฏิกิริยาเคมีเช่นโปรตีน ตอนนี้เรารู้แล้วว่า Building Block ของ RNA นั้นสามารถสร้างจากสารเคมีง่าย ๆ ที่อาจเกิดขึ้นในโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะจินตนาการว่าชีวิตอาจเริ่มต้นด้วยโมเลกุล RNA ที่ทำการสุ่มจำนวนมากจนบางคนสามารถทำซ้ำตัวเองได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นวิวัฒนาการและการคัดเลือกโดยธรรมชาติอาจทำให้โมเลกุลซับซ้อนมากขึ้นและในที่สุดก็มีบางอย่างที่ซับซ้อนเหมือนไรโบโซมดั้งเดิม ความคิดเกี่ยวกับโลกของอาร์เอ็นเอยุคแรกคำที่ประกาศเกียรติคุณเป็นครั้งแรกโดย Wally Gilbert ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

ไรโบโซมอาจเริ่มต้นขึ้นในโลกที่มีอิทธิพลต่อ RNA แต่เนื่องจากมันสร้างโปรตีนจึงกลายเป็นม้าโทรจัน โปรตีนกลายเป็นปฏิกิริยาที่ดีกว่า RNA เนื่องจากกรดอะมิโนของพวกเขานั้นมีความสามารถในการทำปฏิกิริยาทางเคมีที่หลากหลายมากกว่าโมเลกุล RNA ที่ง่ายกว่า นี่หมายความว่าเมื่อมีการสร้างโปรตีนพวกมันจะค่อยๆพัฒนาเพื่อทำหน้าที่ส่วนใหญ่ของโมเลกุล RNA ในเวลาและอีกมากมาย ในการทำเช่นนั้นพวกเขาเปลี่ยนชีวิตอย่างที่เรารู้ สิ่งนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมไรโบโซมถึงมีอาร์เอ็นเอจำนวนมากเอ็นไซม์ที่ทำซ้ำดีเอ็นเอหรือคัดลอกไปยังอาร์เอ็นเอนั้นทำมาจากโปรตีนทั้งหมด อาจเป็นเพราะการใช้ DNA เพื่อเก็บยีนมาในภายหลัง ตามเวลานั้นโปรตีนกลายเป็นที่แพร่หลายและดำเนินการปฏิกิริยาส่วนใหญ่ในเซลล์

แน่นอนว่านี่ไม่ได้อธิบายว่ายีนถือรหัสเพื่อสร้างโปรตีนได้อย่างไร การคาดเดาที่ดีที่สุดคือไรโบโซมรูปแบบแรก ๆ นั้นสร้างเปปไทด์แบบสั้น ๆ ซึ่งช่วยปรับปรุงเอนไซม์ RNA ที่มีอยู่ในตอนนั้น แต่จากนั้นการกำเนิดของยีนที่ดำเนินการตามคำสั่งเพื่อสร้างโปรตีนที่มีกรดอะมิโนพันกันอย่างเป็นระเบียบนั้นเป็นก้าวกระโดดและยังเป็นหนึ่งในความลึกลับอันยิ่งใหญ่ของชีวิต และนั่นก็หมายถึงว่านอกเหนือจากหน่วยย่อยขนาดใหญ่แล้วองค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมายจะต้องเกิดขึ้น: mRNA เพื่อดำเนินการรหัสพันธุกรรม, tRNAs เพื่อนำกรดอะมิโนและหน่วยย่อยขนาดเล็กเพื่อเป็นเวทีสำหรับ mRNA และ tRNA เพื่อผูก แต่ก่อนการค้นพบการเร่งปฏิกิริยา RNA ผู้คนไม่สามารถมองเห็นว่าระบบจะเริ่มได้อย่างไรแม้ในหลักการ

ตัดตอนมาจาก Gene Machine: Race เพื่อถอดรหัสความลับของ Ribosome โดย Venki Ramakrishnan ลิขสิทธิ์© 2018 จัดพิมพ์โดย Basic Books