Pandangan seorang ahli biologi tentang teori mutasi penuaan

Halo

Atas permintaan pembaca, saya menemukan kekuatan untuk menulis kelanjutan dari artikel ini . Artikel pertama ditujukan terutama untuk membuktikan keberadaan dan pentingnya kematian alami, serta ketidakberdasan ketentuan tertentu dari teori "akumulasi kesalahan". Mungkin saya akan melanjutkan artikel ini dengan nada yang sama, tetapi kali ini dengan sedikit bias terhadap pendekatan untuk mencari obat mujarab keabadian - setelah semua, mereka semua tertarik.

Dalam artikel pertama, kami memeriksa fenomena kematian alami dari titik tertinggi organisasi biologis, bisa dikatakan. Dari level ini, seseorang dapat dengan jelas melihat evolusi apa yang dapat "menangkap" dan mulai menetapkan standar hidup untuk satu spesies atau yang lain. Dari sudut pandang menciptakan ramuan keabadian, level ini sama sekali tidak menarik bagi kita, karena kita ingin membawa individu tertentu ke keabadian, dan individu konkret, seperti diketahui, tidak berevolusi dalam arti biologis. Kami tertarik dengan mekanisme eksekusi hukuman dan cara memutus mekanisme ini. Jadi, dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan masalah dari sudut pandang "lebih rendah" - individu dan sel-molekul (saya akan mencoba membuat ini sejelas mungkin tanpa kata-kata kasar biokimia yang kasar).

Sebagian besar pedagang keabadian modern mencoba untuk membuktikan bahwa dalam proses kehidupan, tubuh terpapar pada lingkungan eksternal atau internal, yang mengarah ke banyak titik (atau lokus) mutasi, sebagai akibatnya, untuk satu alasan atau lain, metabolisme yang dijajakan. Masing-masing alasan untuk "penyebaran" berbeda, tetapi secara umum, dalam kebanyakan kasus itu datang ke akumulasi "zat berbahaya" dari waktu ke waktu, dan, tergantung pada tanggal penulisan artikel, mode dan preferensi pribadi, itu bisa menjadi oksidan, radikal bebas, protein "manja" dan sejenisnya.

Segala sesuatu tampaknya logis, tetapi ini adalah ilusi yang terdiri dari setengah pengetahuan. Pertama, mari kita cari tahu apa mutasi itu dan apa yang menyebabkannya. Definisi “sekolah” klasik memberi tahu kita bahwa mutasi adalah proses mengubah DNA secara acak. Sebenarnya, untuk pengembangan umum dari definisi ini sudah cukup, tetapi kita naik ke alam liar sehingga kita harus menggali lebih dalam. Sebelum penjelasan panjang lebar saya, izinkan saya menulis definisi yang lebih benar, tetapi sama pendeknya: mutasi adalah proses perubahan DNA "acak". Baiklah, sekarang kita akan membuka kurung dari catatan singkat kita.

Tingkat mutasi

Pertama, kita perhatikan bahwa frekuensi mutasi tidak tinggi, sangat rendah dan individu untuk spesies yang berbeda. Secara umum, ketika menilai kecepatan mutasi (saya akan membuang digit pertama yang menunjukkan hanya urutan), mereka menunjukkan 10 ^-6 - 10 ^-10 mutasi di pangkalan, penyebaran besar seperti itu hanya karena spesifisitas spesies. Di sisi lain, nukleotida itu sendiri dalam DNA kira-kira dari 10 ⁴ (virus) menjadi 10 ⁹ (chordata), kami juga memperhitungkan jumlah sel - misalnya, ada sekitar 10 ¹⁴ sel dalam seseorang, jadi jangan memiliki ilusi mutasi untuk semua orang, meskipun mereka tidak banyak, seperti yang dipikirkan beberapa orang.

Dan kemudian keajaiban dimulai, yang Guru Ugway dari kartun terkenal tentang panda begitu suka untuk dibicarakan: keacakan tidak disengaja. Demi menghemat ruang dan waktu, mari kita segera membuang bagian dari mutasi yang tidak menarik bagi kita - mutasi generatif (bukan karena mereka berbeda secara signifikan (secara kualitatif), tetapi keajaiban tambahan terjadi di sana, dan mutasi ini hanya mempengaruhi keturunannya), kami tertarik pada mutasi somatik - yang dapat mempengaruhi kita segera.

Jadi, ada situs konservatif dalam DNA (dan beberapa ahli biologi juga memilih situs ultra-konservatif dari situs ini), yaitu, ini adalah bagian dari DNA yang tidak bermutasi, dan hanya itu. Tidak, secara teori murni, dan mereka dapat bermutasi, dan beberapa ahli genetika dapat secara khusus "merusak" mereka, tetapi ini tidak meniadakan fakta bahwa gen-gen ini hampir identik dalam cabang filogenetik (evolusi) yang besar. Seberapa besar (?) Anda bertanya, cukup besar, saya akan menjawab. Misalnya, area Anda ini, serta ayam, ikan, katak, atau kura-kura, hampir identik (bahkan bulu kuduk merinding tentang betapa keren dan menakjubkannya itu), yaitu cabang itu chordate (vertebrata, dan hanya itu yang biasa kami sebut " binatang "). Tentunya area yang sama ditemukan atau akan segera ditemukan (secara umum, sudah jelas di mana, apa dan bagaimana mencari) pada serangga atau bahkan semua arthropoda sekaligus - saya hanya tidak tahu. (Saya pikir sekarang semua orang yang memiliki logika dan percaya bahwa teori akumulasi kesalahan adalah benar harus bertanya pada dirinya sendiri: "Ya, baiklah, jika kematian itu jahat, dan evolusi mampu melindungi bagian dari DNA, apa yang mencegahnya melindungi semua DNA?")

Sesuatu yang mengalihkan perhatian saya, kembali ke mutasi kami. Apakah bagian DNA dilindungi lebih dari biasanya, tetapi sebaliknya? Tentu ada!


Ada area dengan peningkatan mutagenesis dalam DNA. Mereka kadang-kadang disebut "hot spot / loci". Untuk memahami pentingnya poin-poin ini, saya akan memberi tahu Anda bahwa sekitar 20-30% dari semua mutasi terjadi di zona ini, sementara zona ini sendiri menempati 10% dari seluruh panjang DNA ( PERHATIAN! Angka cheat - baca spoiler di atas!). Dan ada proses yang disebut "hypermutation" sehingga di lokus kecil DNA Anda (saya tidak menemukan jumlahnya, tetapi pasti kurang dari 1%) lebih banyak mutasi dapat terjadi dalam satu minggu daripada di seluruh tubuh Anda di kehidupan sebelumnya. Menginspirasi?

Saya ingin memberi tahu Anda apa mekanisme "kecelakaan" ini, tetapi, pertama, topik ini sangat luas dan tidak hanya pada satu artikel, dan kedua, saya berenang dalam subjek ini sendiri, saya tidak ingin menyesatkan Anda, dan ketiga, kita akan melihat sesuatu.
Untuk pemahaman yang lebih lengkap, mari kita lihat sedikit apa yang dilakukan bagian DNA bebas kesalahan dan multi kesalahan.

Mari kita mulai dengan situs-situs konservatif, lebih mudah dan lebih mudah dipahami, bahkan bagi para ahli biologi. Telah dicatat bahwa banyak gen konservatif adalah multifungsi (menurut pendapat kami itu adalah pleiotropi), yaitu, pekerjaan mereka dimulai di bawah segala macam kondisi yang berbeda, misalnya, ketika Anda tumbuh dewasa, dan bahkan ketika itu dingin, dan ketika botak (gantilah setiap kata setelah “Anda”, "Kapan", "kapan").

Juga, sebagian besar situs konservatif mengkodekan berbagai protein pengatur, yang pada gilirannya “mengkodekan” (mulai ekspresi) bagian protein pengaturnya (dan mungkin ada banyak iterasi, begitu banyak sehingga para ahli biologi harus menciptakan frasa baru - kaskade pengatur (pada kenyataannya) kaskade ini sering menyebabkan multifungsi)), dan semua ekonomi ini dimulai pada ontogenesis awal (proses pematangan Anda dari telur yang dibuahi menjadi humanoid). Lebih tepatnya, pada saat embrio Anda dari bola mulai membentuk anatomi dasar tubuh. Ingat Haeckel? Yah, dia juga menyediakan gambar untuk buku pelajaran biologi kita, yang berisi deretan embrio. Ini dia!


Saya berharap bahwa dari uraian itu jelas bahwa gen-gen yang sangat penting bagi tubuh menjadi konservatif, perlindungan mereka umumnya logis dan menunjukkan dirinya.

Mari kita beralih ke daerah DNA mutagenik yang tinggi. Nah, mari kita lanjutkan, intip permukaannya, pada sudut pandang yang diinginkan. Hal pertama yang ingin saya katakan adalah bahwa, tampaknya, zona semacam itu sedikit terikat dengan konteks informasi (dibandingkan dengan, misalnya, situs konservatif) dan sebagian besar ditentukan oleh "topografi" genom. Bagian penting dari bagian panas adalah dalam DNA yang tidak disandikan, bagian di tempat dengan banyak pengulangan (motif), frekuensi mutasi juga lebih tinggi di dekat ujung rantai atau gen (apalagi, ada perbedaan dalam cara yang sama dengan yang ujungnya 5 'atau 3'), dan juga, dari daerah yang terletak pada kromosom, dicatat bahwa mutasi titik lebih sering terjadi di sebelah mutasi titik yang telah terjadi. Mari kita memikirkan hal ini untuk saat ini (kita akan kembali ke mutasi kita), dan sekarang kita memiliki bagian yang sangat menarik - hypermutation!

Proses hypermutation terbuka dan paling baik dipelajari dengan contoh kerja sistem kekebalan vertebrata. Saya tidak akan menyimpang dari klasik dan akan memberi tahu Anda semuanya pada contoh yang sama. Ingat di bagian pertama saya menulis bahwa biosystems menggunakan kekacauan untuk keuntungan mereka sendiri, dan jangan melawannya (atau sesuatu seperti itu), jadi ini adalah salah satu contoh yang paling mencolok.

Hypermutation dimulai ketika antigen yang tidak dikenal (atau dilupakan) pada sistem kekebalan Anda memasuki tubuh Anda. Misalnya, virus influenza yang tidak diketahui oleh limfosit B Anda (terjemahan: Limfosit B dengan afinitas rendah untuk jenis influenza). Mulai saat ini, di kelenjar getah bening Anda, tepat di pusat reproduksi (ya, Anda punya satu) laboratorium evolusi nyata diluncurkan! Secara umum, limfosit B dapat membelah diri sendiri, tetapi di pusat reproduksi mereka diproduksi pada skala industri (juga oleh mereka sendiri, tetapi dengan cepat). Ketika sinyal diterima bahwa limfosit tidak efektif, sampel antigen dikirim ke pusat reproduksi (kebetulan bahwa sampel sudah terkandung dalam sel memori (sel-T)) dan "melekat" ke sel-T. Dan limfosit B sendiri mulai bermutasi dengan kuat, beberapa bagian DNA spesifik yang bertanggung jawab untuk antibodi. Mereka melakukan ini di bawah kendali kompleks mutagenik khusus - mutasoma. Setelah menerima antibodi yang sangat berbeda dalam bentuk dan konten di permukaannya, limfosit B mencoba untuk mengambil semua antena, antena, pengait, dll., Ke sampel pada sel T. Mengambil - dilakukan dengan baik, inilah ijazah afinitas tinggi untuk Anda, pergi ke dunia luar tubuh untuk menangkap virus. Tidak diambil - pengisap, kematian bagimu dan dilupakan. Selanjutnya!

Biasanya, pemilihan evolusi antigen memakan waktu 5-10 hari (berapa banyak flu yang Anda miliki?). Frekuensi mutasi dalam respons imun adalah 10 ^-3 - 10 ^-4 (kembali ke angka di atas, lihat perbedaan dalam urutan), tetapi ini adalah angka dasar untuk semua DNA. Jika kami mempertimbangkan gen tertentu (atau bahkan lebih baik, lokus spesifik), maka mutasi terjadi dengan probabilitas 100% (well, biarlah 95% bahwa Anda tidak akan menipu Anda pasti) dengan pembelahan sel.

Hasil antara yang serupa.

1. Jelas, sistem biologis mampu mengendalikan mutagenesis mereka sendiri sampai tingkat tertentu.
2. Dalam genom, mutasi tidak terdistribusi secara merata.
3. Biosistem dapat memicu dan mengendalikan proses evolusi.

Paragraf pertama tidak mendukung teori akumulasi kesalahan, tetapi tidak melarangnya. Yang kedua - memberikan kesempatan untuk teori ini. Tetapi untuk memutuskan apakah peluang ini terwujud, perlu dipahami bagaimana mutasi "keluar" ke dalam fenotip - yaitu, mereka memengaruhi kita. Inilah yang akan kita lakukan selanjutnya.

Ekspresi gen

Masalahnya adalah kebanyakan orang berpikir tentang sintesis protein sebagai berikut: n_Codon DNA> n_Codon RNA> n_ asam amino = protein. Atau lebih:



Tetapi sekali lagi ini adalah informasi yang tidak lengkap, karena itulah nampaknya setiap mutasi (menggantikan "huruf" dalam kodon) mengarah pada perubahan protein. Tetapi pada kenyataannya, semuanya agak sangat rumit. Mari kita telusuri mutasi kita. Di sini, beberapa mutasi jatuh pada situs yang tidak disandikan, beberapa membuat mutasi netral (misalnya, mengganti basa terakhir dalam kodon ≈ 85% tidak menyebabkan penggantian asam amino), kami segera membuang mutasi ini.


Tetapi di sini kita memiliki mutasi pada gen, dan bahkan pada situs yang siap berekspresi (ya, ya, mutasi dapat terjadi di mana ekspresi gen tidak akan pernah terjadi). Fork lagi. (Saya ingin menjelaskan di sini secara terperinci bagaimana gen diatur dan apa yang akan terjadi pada mutasi dalam satu kasus atau yang lain, tetapi yah, untuk apa semua intron, terminator, dan ekson lainnya, mari kita dapatkan dengan jari). Gen tidak hanya urutan yang dipecah menjadi kembar tiga (kodon) yang mengkode rantai asam amino, tetapi juga berbagai daerah pengatur yang terletak tepat di dekat "pengodean" dan dalam jarak hingga 100-200 basis, daerah pengatur utama mulai dan berhenti (promotor dan terminator (jangan bingung dengan start dan stop kodon)). Tergantung di mana mutasi terjadi, kita bisa mendapatkan hasil berikut:

Jika start (promotor) atau regulator hancur sebelum start, gen mungkin akan kehilangan aktivitas dan protein tidak akan disintesis.

Mutasi situs pengaturan seperti itu (misalnya, motif) dimungkinkan di mana sintesis akan mempercepat atau memperlambat.

Tetapi mungkin saja mutasi kita terjadi tepat di bagian gen yang disandikan.

Sudah tiba waktunya untuk memahami mengapa gambar di atas buruk, apa yang salah dalam gambar? Terutama kurangnya aktor. Faktanya adalah bahwa setiap tahap sintesis dikendalikan oleh banyak protein dan / atau kompleks protein-RNA. Sintesis tidak dimulai dengan sendirinya, pertama perlu bagi beberapa protein untuk memutar kromatin, yang lain menemukan sendiri "tempat pendaratan" pada DNA ganda (inisiasi, (tahap pertama transkripsi)) dan di sini semuanya tidak mudah, misalnya, seseorang dapat pertama kali mendarat di DNA kompleks protein yang meningkatkan afinitas DNA dan kompleks berikutnya, yang pada gilirannya diperlukan untuk akhirnya bergabung dengan RNA polimerase (kompleks protein RNA lain), yang memicu transkripsi messenger RNA. Saya menemukan diagram ini di internet:



Jadi kami mendapat mRNA (mRNA), saatnya untuk mendapatkan protein. Tapi ini nanti - kami masih belum menerima mRNA, kami akan memperkenalkan beberapa karakter lagi. Setelah transkripsi, kami mendapat pra-mRNA, maka itu harus matang (selama tahun-tahun pendidikan saya disebut demikian, sekarang ini nama yang lebih modis dan mapan - Pemrosesan RNA (atau lebih buruk lagi modifikasi pasca-transkripsi RNA)), ini termasuk:

• pembatasan melindungi RNA dari degradasi yang tidak masuk akal, juga menyediakan transportasi (melalui membran nukleus, misalnya), dan berpartisipasi dalam tiga kata berikut;
• splicing (membuang kodon tambahan);
• pengeditan, tetapi protein mungkin tidak sama persis dengan kodon DNA yang menyandikannya (tidak selalu ada);
• metilasi (tidak selalu ada).

Agar tidak masuk ke dalam rekursi dari penjelasan yang sama, saya hanya mencatat bahwa masing-masing tahap pematangan ini disediakan oleh protein sendiri dan / atau kompleks protein RNA. Untuk menjelaskan secara rinci pematangan RNA, volume yang lebih besar dari kedua artikel saya akan diperlukan. Tetapi kita harus mengeluarkan pengetahuan penting lainnya untuk kita. Jika mutasi terjadi pada gen, ini tidak berarti bahwa protein akan berubah (ya, lagi). Pre-mRNA yang salah tidak akan melewati pematangan dan akan dimusnahkan. Di sini, tentu saja, momen yang paling kritis adalah penyambungan dan pengeditan, dalam kedua kasus kompleks protein yang memberikan pematangan adalah "inspektur", dan urutan nukleotida yang salah mencegah mereka untuk mulai bekerja (tentu saja hal ini tidak selalu terjadi). Ketika melakukan pekerjaan itu sendiri, beberapa kesalahan diperbaiki, yang membuat fenotipe protein kembali normal.

Penting untuk dicatat di sini bahwa proses penyambungan untuk RNA yang sama dapat menghasilkan hasil yang berbeda, yaitu, pada DNA Anda memiliki satu urutan yang mengkodekan beberapa protein sekaligus. Fitur lain yang menarik dari splicing adalah RNA yang matang dapat terdiri dari bagian-bagian pra-RNA yang berbeda. Nah, apakah Anda mengerti apa yang saya maksudkan?

Tapi itu belum semuanya. Di sini kita sudah mengamati bagaimana protein merangkak keluar dari ribosom merangkak di sepanjang RNA. Dan lagi, selama sintesis, protein juga duduk di protein dan menggerakkan protein, dan kompleks RNA-protein utama adalah ribosom kita. Perlu dicatat bahwa tidak ada satu atau dua cara untuk membungkam mRNA dan berhenti memproduksi protein di bagian mesin molekuler ini. Beberapa metode didasarkan pada umpan balik - semakin banyak jenis protein ini diproduksi, semakin sedikit Anda akan memproduksinya lebih lanjut, hingga berhenti total (apalagi, kadang-kadang proses ini dimulai oleh protein yang diproduksi sendiri tanpa perantara (hampir)).

Terima kasih Tuhan, kami mendapatkan protein mutan kami. , . : ( ).

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

, , . , - . , ( ), « ». , , , .

Bahkan, mutasi paling sering melewati mutasi yang sedikit mengubah sifat protein, tetapi membiarkannya bekerja. Misalnya, apakah Anda tahu banyak "penyakit hemoglobin" genetik? Jangan lihat di sini mereka. Ini adalah penyakit yang didefinisikan secara ketat yang disebabkan oleh penggantian tertentu, dan bukan sembarang mengerikan. Ambil anemia sel sabit klasik. Penyakit ini disebabkan oleh perubahan titik: "Valine berada di posisi keenam rantai beta daripada asam glutamat." Satu pengganti 146 asam amino!

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

, , .

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

, , , , « , ». , , ( ).

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

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

Kesimpulan

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

, , , . , , – , , ( , , ) .

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

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


PS , , , , , .

PPS , , , . , , ( ) , .

, , , . Saya harap itu menarik.