Wieczorki Naukowe

Biologia molekularna jest fajna

Wstęp
Człowiek, jak i inne zwierzęta, składa się z komórek, w przeciwieństwie do zwierząt jednokomórkowych jak np. pantofelek. Komórki tworzą tkanki a tkanki narządy a człowiek posiada cały zestaw narządów.
Komórka ma w sobie takie małe narządy komórkowe, które zwane są organellami. Organelle są odpowiedzialne za różne funkcje życiowe komórki np. w mitochondriach wytwarzana jest energia, w lizosomach zachodzi trawienie pochłoniętych cząsteczek a w jądrze komórkowym siedzi DNA.
Organelle są zbudowane w większości z białek i tłuszczów. Podstawowym budulcem białek są aminokwasy, których u człowieka jest 20 i które są dość uniwersalne w świecie żywym (są w roślinach i zwierzętach, dlatego jak jemy rośliny i zwierzęta to trawimy ich białka a z uzyskanych aminokwasów budujemy sobie własne białka, część z nich potrafimy sobie także zrobić z innych związków).

Co to jest DNA?
DNA składa się z kombinacji czterech tzw. zasad azotowych ułożonych w ciągu, można je sobie wyobrazić jako bardzo długi sznur z koralików. Tyle że DNA jest podwójną helisą zatem są to dwa zwinięte w helisę sznury koralików (na podwójną helisę mówi się nić DNA, co robi trochę bałaganu). Zasady azotowe nazywają się adenina, guanina, tymina i cytozyna i są oznaczane literami A, G, T, C. W jednej komórce człowieka jedna nić DNA ma 3 miliardy par zasad azotowych (mówi się o parach gdyż każdej zasadzie azotowej na jednej nici podwójnej helisy odpowiada jedna zasada na równoległej nici). Gdyby z komórki wyjąć DNA i jakoś je rozwinąć to byłoby bardzo cienką nitką o długości 1,8 m. A gdyby DNA z całego człowieka rozciągnąć to starczyłoby dalej niż od Ziemi do Słońca. Wyizolowane z wielu komórek DNA jest białe i pod światło lekko opalizujące.

Kod genetyczny
Kombinacja 3 miliardów AGTC w DNA nie jest przypadkowa. Tworzą one coś co nazywane jest kodem genetycznym. Otóż w DNA jest zapisana informacja o białkach jakie komórka może wytwarzać (jest tam także sporo innych informacji ale o nich innym razem). W DNA człowieka zakodowana jest informacja o ok. 18 000 białek lecz zajmuje ona około 2 % całej długości DNA, reszta coś robi ale nie bardzo wiadomo co . Informacja o jednym białku jest nazywana genem.
Jedną z bardziej sprytnych rzeczy jakie wymyśliła natura jest to jak informacja o białkach jest zapisana. Otóż w ciągu 3 miliardów zasad gen pojawia się tak naprawdę tylko raz na jakiś czas (skoro 98% to nie geny). Zatem potrzebny jest jakiś system kodowania.
Z poniższej informacji jest dość trudno coś wywnioskować:
TATA …. ATGTACGCTTCAAACCCTGACGCATAG ….. AAUAAA.
Ale gdyby zapisać ją tak:
TATA …ATG TAC GCT TCA AAC CCT GAC GCA TAG ….. AAUAAA
i umówić się że:
TATA umieszczone w określonej odległości od początku informacji o białku mówi o tym że za tą odległość będzie informacja o białku,
ATG jest początkiem informacji o białku (tzw. kodonem start) i
od pierwszego ATG które znalazło się po TATA bez przerw odczytywane są kolejne trójki zasad: TAA, GCT, TCA itd. każda trójka stanowi kod jednego aminokwasu (cztery zasady AGTC dają 64 możliwe trójki),
TAG, TGA i TAA to kodony stop, czyli mówią że to koniec informacji o białku
AAUAAA to znak że już naprawdę koniec informacji o białku.
Tak mniej więcej wygląda główna zasada działania tego systemu (z 64 trójek jedna to start, trzy to stop a reszta to aminokwasy, ponieważ jest ich tylko 20 to więcej niż jedna trójka mówi o jednym aminokwasie).
Jak powstają białka?
Informacja z DNA w jądrze komórkowym zostaje skopiowana najpierw na mRNA (dzieje się to głównie po to żeby zapewnić dużo kopii danego genu i żeby móc wynieść je z jądra bo DNA się nigdzie z jądra nie wybiera). Przykład: niech wielka biblioteka będzie jądrem komórkowym a cały księgozbiór to DNA. Jeśli czegoś potrzebujemy a książki nie da się wypożyczyć to idziemy do ksero. Kserujemy powiedzmy 30 razy stronę z przepisem na ciasto (to jakby mRNA) a następnie rozdajemy wszystkim znajomym żeby każdy sobie ciasto upiekł sam (ciasto to alegoria białka).
Przepisanie DNA na mRNA to takie kserowanie (z tym że każde T zostanie zamienione na U czyli uracyl).
mRNA opuszcza jądro komórkowe i jest kierowane do cytoplazmy gdzie następnie przy pomocy wielkiego kompleksu białkowego zwanego rybosomem i tRNA jest tworzone białko. W rybosomie odczytywane są kolejne trójki zasad i dopasowywane jest do nich tRNA. tRNA ma na jednym końcu trójkę par zasad pasującą do odpowiedniej trójki na mRNA a na drugim końcu ma aminokwas. To wszystko bardzo ładnie widać na filmie tu:

Fałdowanie białek
Jak wreszcie uda się stworzyć białko to jeśli jest ono małe to od razu się skręca i przyjmuje taki kształt jaki jest mu potrzebny do pracy. Białka mają przeróżne kształty, które nigdy nie są przypadkowe, źle skręcone białko nie będzie mogło prawidłowo działać.
Pod koniec poniższego filmu widać że nowo powstałe białko wchodzi do takiej brązowej baryłki. Ta baryłka to wielki kompleks białkowy, który pomaga dużym białkom się sfałdować:
U człowieka i innych zwierząt ta brązowa baryłka nazywa się chaperonina CCT i jest kompleksem 16 różnych białek, tworzących taką baryłkę tylko bez czapeczki. CCT jest odpowiedzialna za fałdowanie białek z których powstaje cytoszkielet (nazywają się aktyna i tubulina).

Rola białek opiekuńczych
Kontrola jakości białek i pomoc w fałdowaniu (przez takie kompleksy jak CCT a także inne białka opiekuńcze) są bardzo ważnymi procesami w komórce. Nieprawidłowe białka są rozpoznawane i albo naprawiane albo kierowane do degradacji. Jeśli ta maszyneria komórkowa nie działa poprawnie, możliwe jest powstawanie dużych ilości dysfunkcyjnych białek, które mogą następnie gromadzić się w komórce i być dla niej szkodliwe. Odkładanie się dużych ilości „złych” białek jest przyczyną wielu chorób jak np. choroba Alzheimera, choroba Huntingtona czy choroba Parkinsona.
To nie jest idealny film bo dotyczy USA ale ogólne informacje są uniwersalne:


I na koniec filmik z naukowcami robiącymi inscenizację syntezy białka: