DNA Holds Genetic Code, Ngunit Ano Reads Ito? Ipinaliwanag ng May-akda ng 'Gene Machine'

Bilang pangunahing bilang ng DNA sa ating sarili, ang bantog na double helix ay pangunahing sa pag-aaral ng biology sa buong mundo. Ngunit ang mga pangunahing mga molecule ay hindi maaaring mag-isa. Ang DNA ay nag-iimbak ng source code at data upang maitayo ang ating mga katawan, at ang pagtuklas nito ay nagbukas ng pinto sa hindi mabilang na mga bagong pananaliksik, kabilang ang tanong, "Ano ang bumabasa ng makina ng aming code?"

Ang biologist na nanalong Nobel Prize na si Venki Ramakrishnan ay nabuksan ang paglalakbay upang ituloy ang sagot Gene Machine: Ang Lahi na Maunawaan ang mga Lihim ng Ribosome. Inilagay niya ang kanyang ambisyosong paglalakbay sa harap ng kawalan ng katiyakan, na ipinapaliwanag hindi lamang ang agham na may maliwanag na kalinawan, ngunit nag-aalok din ng pananaw sa kumplikadong pulitika na nakapalibot sa paghahangad ng kaalaman nang may kapakumbabaan.

Nasa ibaba ang isang sipi mula sa Gene Machine, na inilathala sa linggong ito sa pamamagitan ng Basic Books.

Umuusbong Mula sa Primordial Mist

Paano nagsimula ang buhay ay isa sa mga dakilang natitirang misteryo ng biology. Ang lahat ng buhay ay nangangailangan ng ilang uri ng enerhiya sa tamang kapaligiran ng kemikal. Ang ilang mga tao ay itinuturo na ang maraming kimika na ginagamit ng buhay ay kahawig ng uri ng kimika na nangyayari sa mga gilid ng mga geothermal na lagusan sa karagatan. Kahit na ito ay lamang ng isang pagkakataon na ang iba ay may argued, ito ay kapaki-pakinabang upang isipin ang tungkol sa kung ano ang mga kondisyon na ginawang posible para sa buhay na lumitaw. Ngunit ang buhay sa panimula ay higit pa sa isang hanay ng mga reaksiyong kemikal; ito ay ang kakayahang mag-imbak at magparami ng genetic na impormasyon sa isang paraan na nagpapahintulot sa kumplikadong mga form ng buhay na magbabago mula sa mga napaka primitive na. Sa pamamagitan ng pamantayan na ito, walang tanong na kahit na ang mga virus ay buhay, kahit na ang mga tao ay ginagamit upang tanungin ito dahil kailangan nila ng isang host cell upang magparami. Gayunpaman, sinuman na nagkasakit mula sa isang virus at nakaranas ng kanyang katawan na nakikipaglaban sa isang impeksiyon ay hindi nag-aalinlangan na ang mga virus ay buhay.

Ang problema ay sa halos lahat ng uri ng buhay, ang DNA ay nagtataglay ng impormasyon sa genetiko, ngunit ang DNA mismo ay hindi aktibo at ginawa ng isang malaking bilang ng mga enzyme ng protina, na kinakailangan hindi lamang RNA kundi pati na rin ang ribosome upang gawing mga enzymes. Bukod dito, ang asukal sa DNA, deoxyribose, ay ginawa mula sa ribose ng isang malaking kumplikadong protina. Walang sinuman ang maaaring maunawaan kung paano nagsimula ang buong sistema. Ang mga siyentipiko na nag-iisip kung paano nagsimula ang buhay, tulad ni Crick, Leslie Orgel sa Salk Institute sa La Jolla, at Carl Woese sa Unibersidad ng Illinois, iminungkahi na maaaring nagsimula ang buhay sa RNA. Noong panahong iyon, ito ay dalisay na haka-haka - halos fiction sa agham - dahil hindi kilala ang RNA na may kakayahang magsagawa ng mga reaksiyong kemikal.

Binago ng pagtuklas ni Cech at Altman ang lahat ng iyon. Ang RNA ay isa na ngayong molekula na maaaring magdala ng impormasyon bilang isang pagkakasunud-sunod ng mga base, tulad ng DNA, at maaari ring magsagawa ng mga reaksyong kemikal tulad ng mga protina. Alam na natin ngayon na ang mga bloke ng gusali ng RNA ay maaaring gawin mula sa mga simpleng kemikal na maaaring nakapaligid sa lupa na bilyun-bilyong taon na ang nakararaan. Kaya posibleng isipin kung paano nagsimula ang buhay sa maraming random na ginawa ng mga molecule ng RNA hanggang sa ilan sa kanila ay maaaring magparami lamang sa kanilang sarili. Kapag nangyari ito, ang ebolusyon at likas na pagpili ay nagpapahintulot sa higit at mas kumplikadong mga molecule na gawin, sa huli kahit na isang bagay na kumplikado bilang isang primordial ribosome. Ang ideya ng isang primordyal na mundo ng RNA, isang termino na unang nilikha ni Wally Gilbert, ay malawak na tinanggap.

Maaaring nagsimula ang ribosome sa isang mundo na pinangungunahan ng RNA ngunit dahil ginawa itong mga protina, naging isang Trojan horse. Ang mga protina ay naging mas mahusay sa paggawa ng karamihan sa mga uri ng reaksiyon kaysa sa RNA dahil ang kanilang amino acids ay may kakayahang mas magkakaibang kimika kaysa sa mas simple RNA molecule. Nangangahulugan ito na habang ginawa ang mga protina, unti-unti itong lumaki upang kunin ang halos lahat ng mga function ng mga molecule ng RNA sa paligid sa oras at marami pang iba. Sa paggawa nito, binago nila ang buhay gaya ng alam natin. Ito ay maaari ring ipaliwanag kung bakit bagaman ang ribosome ay may maraming RNA, ang mga enzymes na magtiklop ng DNA o kopyahin ito sa RNA ay ngayon ay ganap na ginagawang protina. Marahil ito ay dahil ang paggamit ng DNA sa tindahan ng mga gene ay dumating sa ibang pagkakataon; nang panahong iyon, naging protina ang mga protina at ginagawa ang karamihan ng mga reaksyon sa selula.

Siyempre, hindi ito nagpapaliwanag kung paanong ang mga genes na nagdadala ng isang code upang gumawa ng mga protina ay nanggaling. Ang pinakamahusay na hula ay na ang isang maagang anyo ng mga ribosomes ay ginawa lamang maikli stretches ng random peptides, na nakatulong upang mapabuti ang RNA enzymes na sa paligid pagkatapos. Ngunit mula roon, kung paano nagmula ang mga gene na nagsasagawa ng mga tagubilin upang gumawa ng mga protina na may mga amino acid na pinagsama-sama sa isang partikular na pagkakasunud-sunod ay napakalakas at isa pa sa mga dakilang misteryo ng buhay. At ito naman ay nangangahulugan na bilang karagdagan sa malaking subunit, maraming iba pang mga elemento ang dapat magkaroon ng pagkakaroon: mRNA upang dalhin ang genetic code, tRNAs upang dalhin sa amino acids, at ang maliit na subunit upang magbigay ng isang plataporma para sa mRNA at tRNAs upang magbigkis. Ngunit bago matuklasan ang RNA catalysis, hindi makita ng mga tao kung paano maaaring sinimulan ang sistema kahit sa prinsipyo.

Excerpted from Gene Machine: Ang Lahi na Magbasa ng Mga Lihim ng Ribosome ni Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Inilathala ng Mga Pangunahing Libro