DNA Memegang Kanun Genetik, Tetapi Apa Membaca Ia? Pengarang 'Mesin Gen' Menjelaskan

Sebagai inti DNA adalah untuk diri kita sendiri, heliks ganda yang terkenal adalah teras kepada kajian biologi di seluruh dunia. Tetapi molekul asas ini tidak dapat berfungsi sendiri. DNA menyimpan kod sumber dan data untuk membina badan kita, dan penemuannya membuka pintu kepada banyak penyelidikan baru, termasuk soalan, "Apa mesin membaca kod kami?"

Ahli biologi yang memenangi Hadiah Nobel, Venki Ramakrishnan membuka jalan untuk meneruskan jawapannya Mesin Gen: Perlumbaan untuk Memahami Rahsia Ribosom. Dia meletakkan perjalanannya yang bercita-cita tinggi dalam menghadapi ketidakpastian, menjelaskan bukan sahaja sains dengan kejelasan jelas, tetapi juga menawarkan perspektif mengenai politik kompleks yang mengelilingi ilmu pengetahuan dengan kerendahan hati.

Berikut adalah petikan daripada Mesin Gen, yang diterbitkan minggu ini oleh Buku Asas.

Muncul Daripada Mist Primordial

Bagaimana kehidupan bermula adalah salah satu misteri biologi yang tersisa. Semua kehidupan memerlukan beberapa bentuk tenaga dalam persekitaran kimia yang betul. Sesetengah orang telah menegaskan bahawa banyak kimia yang menggunakan kehidupan menyerupai jenis kimia yang berlaku di pinggir ventilasi panas bumi di lautan. Walaupun ini hanya satu kebetulan seperti yang dikatakan oleh orang lain, adalah berguna untuk berfikir tentang keadaan yang membolehkan kehidupan muncul. Tetapi pada dasarnya kehidupan adalah lebih daripada sekumpulan reaksi kimia; ia adalah keupayaan untuk menyimpan dan mengeluarkan semula maklumat genetik dengan cara yang membolehkan bentuk kehidupan yang rumit berkembang dari yang sangat primitif. Dengan kriteria ini, tidak ada soalan bahawa walaupun virus masih hidup, walaupun orang sering mempersoalkannya kerana mereka memerlukan sel tuan rumah untuk menghasilkan semula. Walau bagaimanapun, sesiapa yang sakit dari virus dan mengalami tubuhnya yang melawan jangkitan tidak akan meragui bahawa virus masih hidup.

Masalahnya adalah bahawa dalam hampir semua bentuk kehidupan, DNA membawa maklumat genetik, tetapi DNA itu sendiri tidak aktif dan dibuat oleh sejumlah besar enzim protein, yang memerlukan bukan sahaja RNA tetapi juga ribosom untuk membuat enzim tersebut. Selain itu, gula dalam DNA, deoxyribose, dibuat daripada ribosa oleh protein rumit yang besar. Tiada siapa yang boleh memahami bagaimana keseluruhan sistem dapat dimulakan. Para saintis yang berfikir tentang bagaimana kehidupan bermula, seperti Crick, Leslie Orgel di Institut Salk di La Jolla, dan Carl Woese di University of Illinois, mencadangkan kemungkinan hidup bermula dengan RNA. Pada masa itu, ini spekulasi murni - hampir fiksyen sains - kerana RNA tidak diketahui mampu melakukan tindak balas kimia.

Penemuan Cech dan Altman mengubah semua itu. RNA kini menjadi molekul yang boleh membawa maklumat sebagai urutan asas, seperti DNA, dan juga boleh melakukan tindak balas kimia seperti protein. Sekarang kita tahu bahawa blok bangunan RNA boleh dibuat dari bahan kimia mudah yang mungkin telah ada di bumi berbilion tahun lalu. Oleh itu, adalah mungkin untuk membayangkan bagaimana kehidupan telah bermula dengan banyak molekul RNA yang dibuat secara rawak sehingga beberapa dari mereka dapat menghasilkan semula diri mereka sendiri. Sekali ini berlaku, evolusi dan pemilihan semulajadi boleh membolehkan lebih banyak dan lebih rumit molekul dibuat, akhirnya sesuatu yang rumit sebagai ribosom primordial. Idea dunia RNA primordial, istilah yang pertama dicipta oleh Wally Gilbert, diterima secara meluas.

Ribosom mungkin telah bermula di dunia yang dikuasai RNA tetapi kerana ia membuat protein, ia menjadi kuda Trojan. Protein ternyata jauh lebih baik apabila melakukan kebanyakan jenis tindak balas daripada RNA kerana asid amino mereka mampu kimia yang lebih bervariasi daripada molekul RNA yang lebih mudah. Ini bermakna bahawa sebagai protein dibuat, mereka secara beransur-ansur berkembang untuk mengambil alih kebanyakan fungsi molekul RNA sekitar pada masa itu dan banyak lagi. Dengan berbuat demikian, mereka mengubah kehidupan seperti yang kita tahu. Ini juga boleh menjelaskan mengapa walaupun ribosom mempunyai banyak RNA, enzim yang mereplikasi DNA atau menyalinnya menjadi RNA kini dibuat sepenuhnya oleh protein. Ini mungkin kerana penggunaan DNA untuk menyimpan gen datang kemudian; pada masa itu, protein telah menjadi lazim dan melakukan kebanyakan reaksi dalam sel.

Sudah tentu, ini tidak menjelaskan bagaimana gen yang membawa kod untuk membuat protein menjadi wujud. Tebesan terbaik adalah bahawa bentuk awal ribosom hanya membuat peptida rawak yang pendek, yang membantu meningkatkan enzim RNA yang ada pada masa itu. Tetapi dari sana, bagaimana gen yang berasal yang membawa arahan untuk membuat protein yang mempunyai asid amino yang terikat bersama dalam susunan yang sangat spesifik adalah lompatan dan masih merupakan salah satu misteri kehidupan yang hebat. Dan sebaliknya akan bermakna bahawa sebagai tambahan kepada subunit yang besar, banyak unsur lain perlu wujud: mRNA untuk membawa kod genetik, tRNA untuk membawa asid amino, dan subunit kecil untuk menyediakan platform untuk mRNA dan tRNAs untuk mengikat. Tetapi sebelum penemuan pemangkinan RNA, orang tidak dapat melihat bagaimana sistem itu dapat bermula walaupun pada dasarnya.

Dikutip dari Mesin Gen: Perlumbaan untuk Memahami Rahsia Ribosom oleh Venki Ramakrishnan. Hak cipta © 2018. Diterbitkan oleh Buku Asas