وجهة نظر عالم الأحياء للنظرية الطفرية للشيخوخة

مرحبا

بناءً على طلب القراء ، وجدت القوة لكتابة استمرار لهذه المقالة. كانت المادة الأولى تهدف أساسًا إلى إثبات وجود الوفيات الطبيعية وأهميتها ، فضلاً عن عدم صحة بعض أحكام نظريات "تراكم الأخطاء". ربما سأواصل هذا المقال في نفس السياق ، لكن هذه المرة بانحياز طفيف نحو مقاربات للبحث عن إكسير الخلود - فهم مهتمون جميعًا.

في المقالة الأولى ، درسنا ظاهرة الوفيات الطبيعية من أعلى نقطة في التنظيم البيولوجي ، إذا جاز التعبير. من هذا المستوى ، يمكن للمرء أن يرى بوضوح ما يمكن للتطور أن "يمسك به" ويبدأ في تأسيس مستوى معيشة لنوع أو لآخر. من وجهة نظر إنشاء إكسير الخلود ، فإن هذا المستوى ليس مهمًا تمامًا بالنسبة لنا ، لأننا نريد إحضار فرد محدد إلى الخلود ، والأفراد الملموسون ، كما هو معروف ، لا يتطورون بالمعنى البيولوجي. نحن مهتمون بالآلية التي يتم بها تنفيذ الجملة وكيفية كسر هذه الآلية. لذلك ، في هذه المقالة سننظر في المشكلة من وجهة نظر "أقل" - فردية وجزيئية خلوية (سأحاول توضيح ذلك قدر الإمكان دون استخدام كلمات كيميائية حيوية مسيئة غاضبة).

يحاول معظم تجار الخلود الحديث أن يثبتوا أنه في عملية الحياة ، يتعرض الجسم لبيئة خارجية أو داخلية ، مما يؤدي إلى حدوث طفرات كثيرة (أو موضع) ، نتيجة لذلك ، لسبب أو لآخر ، يجري التمثيل الغذائي. كل سبب من أسباب "الانتشار" مختلف ، ولكن بشكل عام ، يعود السبب في معظم الحالات إلى تراكم "المواد الضارة" مع مرور الوقت ، واعتمادًا على تاريخ كتابة المقال والأزياء والتفضيلات الشخصية ، يمكن أن يكون مؤكسدًا وجذور حرة وبروتينات "مدللة" وما شابه ذلك.

يبدو أن كل شيء منطقي ، لكن هذا وهم يتكون من نصف المعرفة. أولاً ، دعونا نتعرف على ماهية الطفرات وما الذي تؤدي إليه. يخبرنا تعريف المدرسة "الكلاسيكي" أن الطفرة هي عملية تغيير الحمض النووي بشكل عشوائي. في الواقع ، يكفي أن يكون هذا التعريف عامًا ، لكننا نتسلق إلى مثل هذه الحيوانات البرية التي يجب علينا حفرها بشكل أعمق. قبل توضيحي المطول ، اسمحوا لي أن أكتب تعريفًا أكثر صوابًا ، ولكنه قصير الاختصار: الطفرة هي عملية تغيير الحمض النووي "العشوائي". حسنًا ، الآن سنفتح الأقواس في سجلنا القصير.

معدل الطفرة

حسنًا ، أولاً ، نلاحظ أن تواتر الطفرات ليس مرتفعًا ومنخفضًا بشكل لا يصدق وفردًا لأنواع مختلفة. بشكل عام ، عند تقييم سرعة الطفرات (سأطرح الأرقام الأولى التي تشير إلى الترتيب فقط) ، فإنهم يشيرون إلى طفرات تتراوح ما بين 10 إلى ^10-10 طفرات على القاعدة ، وهذا الانتشار الكبير يرجع فقط إلى خصوصية الأنواع. من ناحية أخرى ، فإن النيوكليوتيدات نفسها في الحمض النووي تتراوح ما بين 10 ⁴ (فيروسات) إلى 10 ⁹ (chordates) ، كما أننا نأخذ في الاعتبار عدد الخلايا - على سبيل المثال ، هناك حوالي ^{14 14} خلية في شخص ما ، لذلك لا توجد أوهام تحور بالنسبة للجميع ، على الرغم من أنها ليست لديهم أوهام تحول. الكثير ، كما يظن البعض.

ثم يبدأ السحر ، والذي أحب Master Ugway من الرسوم الكاريكاتورية الشهيرة حول الباندا الحديث عنه: العشوائية ليست صدفة. من أجل توفير المساحة والوقت ، دعنا نتجاهل فورًا جزءًا من الطفرات التي لا تهمنا - الطفرات التوليفية (لا تختلف اختلافًا كبيرًا (نوعيًا) ، ولكن يحدث سحر إضافي هناك ، وتؤثر هذه الطفرات على النسل فقط) ، نحن مهتمون بالطفرات الجسدية - تلك الطفرات والتي يمكن أن تؤثر علينا على الفور.

لذلك ، هناك مواقع محافظة في الحمض النووي (وبعض علماء الأحياء يختارون أيضًا مواقع فائقة المحافظة من هذه المواقع) ، أي أن هناك أجزاء من الحمض النووي لا تتغير ، وهذا كل شيء. لا ، من الناحية النظرية البحتة ، ويمكن أن يتحوروا ، ويمكن لبعض علماء الوراثة أن "يفسدوا" هذه الكائنات على وجه التحديد ، لكن هذا لا ينفي حقيقة أن هذه الجينات متطابقة تقريبًا في الفروع التطورية الكبيرة. كيف كبيرة (؟) تسأل ، كبيرة بما فيه الكفاية ، سأجيب. على سبيل المثال ، فإن هذه المناطق منكم ، مثل الدجاج أو السمك أو الضفادع أو السلاحف ، متطابقة تقريبًا (حتى قواقع صرخة الرعب على مدى كونها باردة ومدهشة) ، أي أن الفرع هو chordate (الفقاريات ، وهذا كل ما اعتدنا أن نطلق عليه " الحيوانات "). بالتأكيد تم العثور على نفس المناطق أو على وشك اكتشافها (بشكل عام ، من الواضح بالفعل أين وكيف وماذا تبحث) في الحشرات أو حتى جميع المفصليات في وقت واحد - أنا لا أعرف. (أعتقد أنه الآن على كل من لديه المنطق ويعتقد أن نظرية تراكم الأخطاء صحيحة ، يجب عليه أن يسأل نفسه: "حسنًا ، إذا كان الموت شرًا ، وكان التطور قادرًا على حماية جزء من الحمض النووي ، فما الذي منعه من حماية كل الحمض النووي؟")

شيء كنت مشتتا ، والعودة إلى طفراتنا. هل أقسام الحمض النووي محمية أكثر من المعتاد ، لكن العكس؟ بالطبع هناك!


هناك مناطق مع زيادة الطفرات في الحمض النووي. وتسمى أحيانا "النقاط الساخنة / loci". لفهم أهمية هذه النقاط ، سأخبرك أن حوالي 20-30٪ من جميع الطفرات تحدث في هذه المناطق ، في حين تشغل هذه المناطق نفسها 10٪ من طول الحمض النووي بأكمله ( ATTENTION! أرقام الغش - اقرأ المفسد أعلاه!). وهناك عملية تسمى "فرط الحركة" ، لذلك توجد في موضع صغير من الحمض النووي الخاص بك (لم أجد الأرقام ، لكنها بالتأكيد أقل من 1 ٪) يمكن أن تحدث طفرات أكثر في الأسبوع مقارنة بجسمك بالكامل في الحياة السابقة. يلهم؟

أود أن أخبركم بآلية هذه "الحوادث" ، لكن ، أولاً ، هذا الموضوع واسع للغاية وليس في مقال واحد فقط ، وثانياً ، أنا أسبح في هذا الموضوع بنفسي ، لا أريد أن أضللك ، وثالثا ، سوف ننظر إلى شيء ما.
لفهم أكثر اكتمالا ، دعونا ننظر قليلا في ما تفعله أقسام الحمض النووي خالية من الأخطاء ومتعددة الأخطاء.

لنبدأ بالمواقع المحافظة ، فهي أسهل وأكثر قابلية للفهم حتى بالنسبة لعلماء الأحياء معهم. لقد لوحظ أن العديد من الجينات المحافظة متعددة الوظائف (في رأينا ستكون متعددة الجنسيات) ، أي أن عملها يبدأ في جميع أنواع الظروف المختلفة ، على سبيل المثال ، عندما تكبر ، وحتى عندما يكون باردًا ، وعندما تفقد الشعر (استبدل أي كلمة بعد "أنت" ، "متى" ، "متى").

كذلك ، فإن معظم المواقع المحافظة تشفر البروتينات التنظيمية المختلفة ، والتي بدورها "تشفر" (تعبير البدء) الجزء الخاص بها من البروتينات التنظيمية (ويمكن أن يكون هناك العديد من التكرارات ، كثيرًا اضطر علماء الأحياء إلى ابتكار عبارة جديدة - التسلسل التنظيمي (في الواقع غالبًا ما تتسبب هذه الشلالات في وظائف متعددة)) ، وكل هذا الاقتصاد يبدأ في مرحلة التولد المبكر (عملية نضوجك من البويضة المخصبة إلى البشر). بتعبير أدق ، في اللحظة التي يبدأ فيها الجنين من الكرة في تكوين التشريح الأساسي للجسم. تذكر هيجل؟ حسنًا ، لقد قدم أيضًا رسومات لكتب علم الأحياء لدينا ، تلك التي تحتوي على صفوف من الأجنة. هذا هو!


آمل أنه من الوصف ، من الواضح أن تلك الجينات ذات الأهمية الحاسمة للجسم تصبح محافظة ، وحمايتها منطقية بشكل عام وتقترح نفسها.

دعنا ننتقل إلى مناطق الحمض النووي عالية الطفرات. حسنا ، دعنا ننتقل ، نلقي نظرة خاطفة على السطح ، في زاوية المشاهدة المطلوبة. أول شيء أريد أن أقوله هو ، على ما يبدو ، أن هذه المناطق مرتبطة قليلاً بسياق المعلومات (مقارنة بالمواقع المحافظة على سبيل المثال) ويتم تحديدها إلى حد كبير بواسطة "التضاريس" للجينوم. جزء كبير من المقاطع الساخنة موجود في الحمض النووي غير المشفر ، وجزء في أماكن بها العديد من التكرارات (الزخارف) ، كما أن وتيرة الطفرات أعلى أيضًا بالقرب من نهايات السلسلة أو الجين (علاوة على ذلك ، هناك اختلاف بالطريقة نفسها التي تنتهي عندها هي 5 'أو 3') ، أيضًا ، من حيث تقع المنطقة على الكروموسوم ، يلاحظ أن طفرات النقطة تظهر في كثير من الأحيان بجوار طفرة النقطة التي حدثت بالفعل. دعونا نتحدث عن هذا الآن (سنعود إلى طفراتنا) ، والآن لدينا جزء مثير للاهتمام للغاية - فرط الحركة!

كانت عملية فرط الحركة مفتوحة ودراسة أفضل من خلال مثال عمل الجهاز المناعي للفقاريات. لن أخرج عن الكلاسيكيات وسأخبرك بكل شيء على نفس المثال. تذكر في الجزء الأول كتبت أن الأنظمة الحيوية تستخدم الفوضى لمصلحتها الخاصة ، ولا تحاربها (أو شيء من هذا القبيل) ، لذلك هذا هو أحد الأمثلة الأكثر لفتا للنظر.

يبدأ ارتفاع ضغط الدم عندما يدخل مستضد غير مألوف (أو منسي) إلى جهاز المناعة لديك. على سبيل المثال ، فيروس الأنفلونزا غير معروف للخلايا اللمفاوية B (الترجمة: الخلايا اللمفية B ذات الألفة المنخفضة لسلالة الأنفلونزا). من هذه اللحظة فصاعدًا ، في العقد اللمفاوية ، مباشرة في مركز التكاثر (نعم ، لديك واحدة) تم إطلاق مختبر تطوري حقيقي! بشكل عام ، يمكن أن تنقسم الخلايا الليمفاوية ب من تلقاء نفسها ، ولكن في مركز التكاثر يتم إنتاجها على نطاق صناعي (أيضًا من تلقاء نفسها ، ولكن بسرعة). عندما يتم تلقي إشارة إلى أن الخلايا الليمفاوية ليست فعالة ، يتم تسليم عينة مستضد إلى مركز التكاثر (يحدث أن العينة موجودة بالفعل في خلية ذاكرة (خلية تي)) ويتم توصيلها بالخلية التائية. وتبدأ الخلايا الليمفاوية ب نفسها في التحور بقوة ، وبعض أقسام الحمض النووي محددة بدقة والمسؤولة عن الأجسام المضادة. يفعلون ذلك تحت سيطرة مجمع خاص للطفرات - الطفرات. بعد تلقي الأجسام المضادة التي تختلف اختلافًا كبيرًا في الشكل والمحتوى على سطحها ، تحاول الخلايا اللمفاوية B التقاط جميع هوائيات الأجسام المضادة لها ، والهوائيات ، والسنانير ، وما إلى ذلك ، إلى العينة الموجودة على خلية T. لقد التقطت - أحسنت ، فهذه شهادة تقارب عالية بالنسبة لك ، انتقل إلى العالم الخارجي من الجسم لالتقاط الفيروسات. لا التقطت - مصاصة ، والموت لك والنسيان. واحد القادم!

عادةً ما يستغرق انتقاء المستضد التطوري من 5 إلى 10 أيام (ما مقدار الإصابة بالأنفلونزا لديك؟). تواتر الطفرات في الاستجابة المناعية هو 10 ^-3 - 10 ^-4 (عد إلى الأرقام أعلاه ، وانظر إلى الفرق في الطلبات) ، ولكن هذا رقم أساسي لكل الحمض النووي. إذا أخذنا بعين الاعتبار وجود جين معين (أو حتى أفضل ، موقع معين) ، فإن الطفرة تحدث باحتمال 100٪ (حسنًا ، فليكن 95٪ أنك لن تخدعك بالتأكيد) عن طريق تقسيم الخلية.

نتيجة وسيطة مماثلة.

1. من الواضح أن الأنظمة البيولوجية قادرة على التحكم في طفراتها الخاصة إلى درجة أو أخرى.
2. في الجينوم ، لا يتم توزيع الطفرات بالتساوي.
3. النظم البيولوجية يمكن أن تؤدي وتتحكم في العملية التطورية.

لا تتحدث الفقرة الأولى لصالح نظرية تراكم الأخطاء ، ولكنها لا تحظرها. الثاني - يعطي فرصة لهذه النظرية. ولكن من أجل تحديد ما إذا كانت هذه الفرصة تتحقق ، من الضروري أن نفهم كيف "تخرج" الطفرات في النمط الظاهري - أي أنها تؤثر علينا. هذا هو ما سنفعله بعد ذلك.

التعبير الجيني

المشكلة هي أن معظم الناس يفكرون في تخليق البروتين على النحو التالي: n_Codon DNA> n_Codon RNA> n_ الأحماض الأمينية = البروتين. أو هكذا:



ولكن هذه المعلومات غير كاملة مرة أخرى ، ولهذا يبدو أن أي طفرة (استبدال "الحرف" في الكودون) تؤدي إلى تغيير في البروتين. ولكن في الواقع ، كل شيء معقد بعض الشيء بشكل لا يصدق. دعونا تتبع طفراتنا. هنا ، سقطت بعض الطفرات في مواقع غير مشفرة ، بعضها صنع طفرة محايدة (على سبيل المثال ، استبدال القاعدة الأخيرة في الكودون ≈ 85٪ لا يؤدي إلى استبدال الأحماض الأمينية) ، نحن نتجاهل هذه الطفرات على الفور.


لكن لدينا هنا طفرة في جين ، وحتى على موقع جاهز للتعبير (نعم ، نعم ، يمكن أن يحدث طفرة حيث لن يكون تعبير الجين أبدًا). شوكة مرة أخرى. (أردت أن أصف هنا بالتفصيل كيف يتم ترتيب الجينات وماذا سيحدث للطفرة في حالة واحدة أو أخرى ، ولكن حسنًا ، ما هو الأمر بالنسبة لجميع هذه الإنترونات ، وأجهزة الإنهاء وغيرها من الإكسونات ، فلنضعها على الأصابع). الجين ليس مجرد تسلسل مقسم إلى ثلاثة توائم (تشفير) يشفر سلسلة من الأحماض الأمينية ، ولكن أيضًا مناطق تنظيمية مختلفة تقع مباشرة بالقرب من "الترميز" وعلى مسافة تصل إلى 100-200 قاعدة ، المناطق التنظيمية الرئيسية هي البداية والتوقف (المروج والمنتهي) (لا تخلط مع بدء وإيقاف الرموز)). اعتمادًا على مكان حدوث الطفرة ، يمكننا الحصول على النتائج التالية:

إذا كانت البداية (المروج) أو الجهة المنظمة مدمرة قبل البداية ، فمن المحتمل أن يفقد الجين نشاطه ولن يتم تصنيع البروتين.

من الممكن حدوث طفرة في المواقع التنظيمية (على سبيل المثال ، الدوافع) والتي من خلالها يتسارع التوليف أو يتباطأ.

لكن من المحتمل أن طفراتنا حدثت بالتحديد في الجزء المشفر من الجين.

لقد حان الوقت لفهم لماذا الصورة أعلاه سيئة ، ما هو الخطأ في الصورة؟ أساسا عدم وجود الجهات الفاعلة. والحقيقة هي أن كل مرحلة من مراحل التوليف يتم التحكم فيها من قبل العديد من مجمعات البروتين و / أو RNA. لا يبدأ التوليف من تلقاء نفسه ، أولاً من الضروري لبعض البروتينات أن تدور الكروماتين ، والبعض الآخر يجد لنفسه "موقع هبوط" على الحمض النووي المزدوج (البدء ، (المرحلة الأولى من النسخ)) وهنا كل شيء ليس سهلاً ، على سبيل المثال ، يمكن للمرء أولاً الهبوط على الحمض النووي مركب بروتيني يزيد من تقارب الحمض النووي والمجمع التالي ، والذي بدوره مطلوب للانضمام أخيرًا إلى بوليميريز الحمض النووي الريبي (مجمع بروتين آخر من الحمض النووي الريبي) ، مما يؤدي إلى نسخ الحمض النووي الريبي messenger RNA. لقد وجدت هذا الرسم البياني في الإنترنت:



وهكذا حصلنا على مرنا (mRNA) ، لقد حان الوقت للحصول على البروتين. ولكن هذا في وقت لاحق - ما زلنا لم نتلق مرنا ، وسوف نقدم بعض الشخصيات أكثر. بعد النسخ ، وصلنا إلى مرحلة ما قبل الرنا المرسال ، ومن ثم يجب أن تنضج (خلال سنوات تعليمي كان يطلق عليها ذلك ، والآن أصبح اسمًا أكثر حداثة وتأسيسًا - معالجة الحمض النووي الريبي (أو تعديلات أسوأ بعد النسخ من الحمض النووي الريبي)) ، وهذا يشمل:

• السد يحمي الحمض النووي الريبي من التدهور غير المعقول ، ويوفر أيضًا النقل (عبر غشاء النواة ، على سبيل المثال) ، ويشارك في الكلمات الثلاث التالية ؛
• الربط (طرد الرموز الإضافية) ؛
• التحرير ، ولكن قد لا يتوافق البروتين تمامًا مع أكواد الحمض النووي التي تشفره (ليس دائمًا هناك) ؛
• مثيلة (ليس دائما هناك).

من أجل عدم الدخول في تكرار نفس التفسيرات ، ألاحظ فقط أن كل مرحلة من مراحل النضج هذه يتم توفيرها بواسطة مجمعات البروتين و / أو RNA الخاصة بها. لوصف بالتفصيل نضوج الحمض النووي الريبي ، سوف تكون هناك حاجة إلى وحدة تخزين أكبر من كل من مقالاتي. ولكن يجب علينا سحب المعرفة الأخرى الهامة بالنسبة لنا. إذا حدثت طفرة في الجينة ، فإن هذا لا يعني أن البروتين سيتغير بالضرورة (نعم ، مرة أخرى). خاطئ قبل مرنا ببساطة لن يمر النضج وسيتم تدميرها. هنا ، بالطبع ، أكثر اللحظات حرجًا هي الربط والتحرير ، وفي كلتا الحالتين تكون مجمعات البروتين التي توفر النضج "مفتشون" ، ولا يسمح تسلسل النوكليوتيدات الخاطئ لهم بالعمل (بالطبع لا يحدث هذا دائمًا). عند القيام بالعمل نفسه ، يتم تصحيح بعض الأخطاء ، مما يعيد النمط الظاهري للبروتين إلى طبيعته.

سيكون من المناسب أن نلاحظ هنا أن عملية الربط لنفس الحمض النووي الريبي يمكن أن تؤدي إلى نتائج مختلفة ، أي أن على الحمض النووي لديك تسلسل واحد يشفر عدة بروتينات في وقت واحد. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام من الربط هو أن الحمض النووي الريبي نضج يمكن أن تتكون من أجزاء مختلفة من الرنا قبل. حسنًا ، هل تفهم ما أحصل عليه؟

ولكن هذا ليس كل شيء. نحن هنا نلاحظ بالفعل كيف يزحف البروتين من الريبوسوم الذي يزحف على طول الحمض النووي الريبي. ومرة أخرى ، أثناء التخليق ، يجلس البروتين أيضًا على البروتين ويقود البروتين ، ومجمع بروتين RNA الرئيسي هو الريبوسوم لدينا. تجدر الإشارة إلى أنه لا توجد طريقة أو طريقتان لإسكات مرنا والتوقف عن إنتاج البروتين في هذا الجزء من الآلات الجزيئية. تعتمد بعض الطرق على التغذية الراجعة - كلما زاد إنتاج هذا النوع من البروتين ، قل إنتاجه أكثر ، حتى يتوقف تمامًا (وأحيانًا يبدأ هذه العملية بواسطة البروتين المنتج نفسه بدون وسطاء (تقريبًا)).

الحمد لله وصلنا إلى بروتين متحولة لدينا. , . : ( ).

.
( 200 ), , . , ( ), , . , , () .

, , . , - . , ( ), « ». , , , .

, . « »? , , . – . : « 6- - ». 146 !

- , 10. , - ( – ). . () 146 , ( ) 9 . ? ? , .

, , .

. , 500 , () 300 , (!) . ( ), . , () ( ) . .

, , , , « , ». , , ( ).

, , , , , . , , , , , , , .

() ( ) . , . ( ), , . () . ( ), .

الخاتمة

, , . , , . , . , , ( ) , . , , , , , , , , .

, , , . , , – , , ( , , ) .

, . , . , , , - , , , . , .

, . , , , , 10 , ( - ). , , , – 15-20 .


PS , , , , , .

PPS , , , . , , ( ) , .

, , , . آمل أن تكون مثيرة للاهتمام.