Як клітина читає «ієрогліфи»
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Генетична інформація обробляється в клітині в процесі прочитання «записів», залишених природою на ДНК, і їх перенесення на кислоту-посередник – м-РНК (з неї зчитує інформацію «машина» з виробництва білка – рибосома). Раніше вважалося, що молекула РНК – просто довга нитка з записом частини спадкового коду. Але, як з’ясували біологи, нитка РНК перетворюється в клітині в складну архітектурну споруду. В процесі будівництва такої конструкції і йде обробка інформації (частина її викидається, частина групується певним чином у виступах і западинах). Так РНК стає одним з молекулярних вузлів по обробці інформації.
Якби сталося диво і ми раптом опинилися в ядрі клітини, то дивний і разюче складний світ оточив би нас з усіх боків. Ось колишеться величезна спіраль ДНК, не поспішаючи до неї підпливають численні молекули ферментів і приймаються за роботу. По спіралі ДНК, в певній її ділянці, вони будують точну її копію. Так народжується матрична РНК. Спочатку це просто коротка нитка з намистин-нуклеотидів. Але ось вона повільно відпливає від гігантської спіралі ДНК, і тут-то трапляється зовсім дивовижне.
Нитка починає звиватися, згинатися, і через хвилину-другу на її місці з’являється жахливо заплутаний клубок, з виступами, петлями, відростками. М-РНК змінилася і цілком ймовірно, що під час цього процесу опрацювала частину інформації, «списаної» з молекули ДНК. Довгий час вважалося, що РНК – просто звичайна нитка з нуклеотидів. Потім клубок попливе до рибосоми, і та, по черзі запускаючи в свої надра то одну, то іншу петлю РНК, почне виробляти по ній білки, а виступи, петлі зіграють роль шифру, який розгадає рибосома, щоб процес читання йшов в потрібному порядку. Ось лише короткий епізод з життя молекулярної машини для читання і обробки інформації.
Навіщо молекула м-РНК приймає таку складну конфігурацію? На це питання ще немає однозначної відповіді. Хоча не викликає сумніву, що сама структура – одна з деталей «машини», що виділяє потрібну інформацію з нескінченного розмаїття даних, написаних на ДНК.
Тепер стає очевидним, що в мову клітини входить не тільки лінійний «текст», записаний за допомогою алфавіту ДНК (основ-нуклеотидів – А. У. Г. Ц), а й закодована у формі молекули інструкція про те, як його прочитати. Геометрія молекули РНК виконує в цьому випадку роль своєрідного символу, або ієрогліфа. У петлях і виступах «ієрогліфа» може бути укладена інформація про порядок читання молекули (а петлі народжуються в процесі перетворення нитки в «ієрогліф»). Спочатку рибосома ( «машина», що робить білок за кодом РНК) прочитає інформацію, укладену в одному виступі молекули, потім в іншому і т. д. Виступи і петлі допомагають, мабуть, і призупинити таке читання.
Як же клітина орієнтується в читанні такої переривчастої інформації? Очевидно, тут знову допомагає повністю змінена м-РНК. Спочатку копія знімається з усього гена (разом з незначними ділянками), а потім останні з м-РНК вирізаються. Так «комп’ютер» клітини виділяє значущу інформацію з незначущої!
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.