Nový model: Jak vznikl genetický kód?

Otázka, jak vlastně vznikl genetický kód, patří k ústředním otázkám biologie. Složitost a komplexnost genetického kódování je tak nesmírná, že řada lidí (?) raději složí ruce do klína. Vědecky založení lidé (??) se však nevzdávají snadno, a proto postupně testují jeden model za druhým. O další krůček k řešení tohoto tajemství nás nedávno přiblížil tým fyziků z Rockefellerovy univerzity v New Yorku.Otázka, jak vlastně vznikl genetický kód, patří k ústředním otázkám biologie. Složitost a komplexnost genetického kódování je tak nesmírná, že řada lidí (?) raději složí ruce do klína. Vědecky založení lidé (??) se však nevzdávají snadno, a proto postupně testují jeden model za druhým. O další krůček k řešení tohoto tajemství nás nedávno přiblížil tým fyziků z Rockefellerovy univerzity v New Yorku.

Psal se rok 1952, když američtí biochemikové Stanley Miller a Harold Urey provedli slavný experiment, který jim navždy vysloužil místo v učebnicích biochemie. Jednu skleněnou láhev naplnili jednoduchými organickými sloučeninami, o nichž předpokládali, že se běžně vyskytovaly v dávné minulosti Země (např. H2O, CH3, NH3, N2). Tuto směs pak bombardovali elektrickými výboji, náhražkami dávných blesků. Překvapení na ně čekalo v druhé lahvi na konci pokusu.  Namísto původní jednoduché směsi se v ní totiž objevily i aminokyseliny, základní stavební kameny bílkovin (proteinů), bez kterých se žádný dnešní živý organismus neobejde. Pro další generace vědců však zůstala stále otevřená další, a popravdě mnohem složitější hádanka: Kde se vzala pravidla, která jednotlivým aminokyselinám předepisují, jak se v proteinové molekule řadit za sebe? Podaří se nám někdy úplně „nahlédnout Bohu do karet“?

Kde leží jádro pudla?
A v čem je vlastně ta největší potíž? Nejpalčivější problém spočívá v tom, jak mohlo něco tak složitého a účelně uspořádaného vůbec vzniknout v situaci, kdy neexistovaly žádné buněčné struktury, které se by se staraly o přísun živin, energie a stabilní prostředí. Hozenou rukavici se pokoušela zvednout řada vynikajících mozků současné vědy, cesta k definitivnímu výsledku je však klopotnější, než to na první pohled vypadá. Mezi protobiology, jak si vědci, kteří se výzkumem počátků života zabývají, říkají, je již dlouhou dobu populární představa takzvaného RNA světa, tedy světa ribonukleových kyselin. Tato představa se vyhýbá jednomu velkému problému, s nímž je třeba se vyrovnat – totiž metaforickému zapřahání vozu před koně. DNA, tedy deoxyribonukleová kyselina, se totiž sama postavit nedokáže. Potřebuje k tomu celou baterii enzymů, které zase nejsou kódovány nikde jinde než v ní samotné. V RNA světě však neexistuje jiná nukleová kyselina, než jen RNA. Na rozdíl od DNA mají však její molekuly i katalytické vlastnosti, a tak si mohly při své stavbě vzájemně pomáhat. Teprve v dalším běhu evoluce předala RNA pomyslný štafetový kolík kódování do rukou stabilnější DNA. Genetický kód, který umožňuje tvorbu všech proteinů, byl však v té době již dávno na světě.

Čas je klíčem ke všemu
Tým složený ze dvou Američanů a jednoho Švýcara se rozhodl vybudovat svůj model právě v takovém RNA světě. Jejich hlavní zájem se soustředil na problém, jak a za jakých podmínek si dokáže se svým úkolem poradit malá molekula tRNA, jejíž práce spočívá v nalezení a přinesení správné aminokyseliny do budoucího řetězce (viz rámeček). Podařilo se jim dokázat, že i v tak jednoduchých podmínkách, jaké poskytuje enzymů prostý svět RNA, mohou vznikat i řetězce, které nejsou nahodilé, ale přesně kódované. Nečekejme však, že se jim najednou podařilo rozlousknout proces kódování pro všechny druhy aminokyselin najednou. Pro zjednodušení vypracovali systém, který se skládal pouze ze dvou nejjednodušších z nich, dvou primitivních molekul tRNA a vzorových, kódujících molekul RNA (templáty). Vznik kódovaného řazení aminokyselin podle nich záleží na dvou procesech s jistým časovým rozpětím. Různé aminokyseliny totiž potřebují různě dlouhý čas na to, aby si vytvořily vazbu na „donašeče“ – molekulu tRNA. Jinak dlouhý čas potřebují zase k tomu, aby si mezi sebou v nově se tvořícím řetězci vytvořily vazbu. „Když je délka obou časů srovnatelná, nastává proces výběru. Některé aminokyseliny jsou totiž lépe připravené než jiné. Právě zde bychom mohli hledat počátek veškerého kódování,“ vysvětluje jeden ze spoluautorů studie, Američan Albert Libchaber.

Více se dozvíte v:
M. Barbieri: Organické kódy, Academia, Praha 2006

Jak se dělá protein?
 Na začátku cesty k proteinu je informace, uložená v molekule DNA. Ta je v ní zapsaná prostřednictvím čtyř bází, které označujeme písmenky A,G,T,C. Aby však mohlo dojít k dalšímu kroku, musí se dvoušroubovice nejprve rozdělit a přepsat na komplementární vlákno, jakýsi nosič. Tento nosič informace však v dnešních buňkách již není tvořen DNA, ale její jednovláknitou „sestřičkou“, (mediátorovou – m) RNA. Po tomto přepisu, neboli transkripci, se o zrod budoucího proteinu starají spolu s množstvím nejrůznějších enzymů už jen různé varianty RNA. V drobounkých ribozomech, které jsou z velké části také tvořeny zvláštní formou RNA (rRNA), se vlákno získané přepisem „přeloží“ do řeči aminokyselin a první podoba proteinové molekuly je na světě. Aby se však spolu DNA a RNA na přípravě budoucí molekuly vůbec „domluvily“, musí používat společný slovník, genetický kód. Pro každou dílčí cihličku proteinu (aminokyselinu, kterých živá těla používají 20) proto existuje jedno nebo i více „slov“, tvořených třemi písmenky kódu – triplet čili kodón (např. AUG, UGG atd.). Jak ale tento kód vznikl? Zatím přesně nevíme, jisté však je, že roli při tom hrály konkrétní vlastnosti jednotlivých zúčastněných molekul.

Rubriky:  Genetika
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Do jaké míry ovlivňují geny dlouhověkost?

Do jaké míry ovlivňují geny...

Je to až překvapivé, ale geny mají na dlouhověkost vliv v mnohem menší...
Zatočíme s hrozbou hladomoru? Vědci dokázali rozluštit DNA pšenice

Zatočíme s hrozbou hladomoru? Vědci...

Mít dostatek potravy, schopné odolat i těm nejextrémnějším rozmarům počasí...
V laboratoři se podařilo vyvinout první hybridní embryo nosorožce

V laboratoři se podařilo vyvinout...

Nosorožci bílí severní jsou na samém pokraji vyhynutí; na světě zbývají už...
Vědci hledají další způsob, jak ulevit motýlím dětem

Vědci hledají další způsob, jak...

Nemoc motýlích křídel (bulózní epidermolýza) postihuje přibližně 1 z 50 000...
Jsou Češi Slované? Ano, ale i Germáni

Jsou Češi Slované? Ano, ale i...

„Hej, Slované, ještě naše slovanská řeč žije, pokud naše věrné srdce pro náš...
Delší pobyt ve vesmíru ovlivňuje geny, zjistili vědci

Delší pobyt ve vesmíru ovlivňuje...

Že se může dlouhodobý pobyt na oběžné dráze podepsat na lidském genomu...
Češi objevili nový gen způsobující onemocnění rohovky

Češi objevili nový gen způsobující...

Vědci z Laboratoře pro studium vzácných nemocí Kliniky dětského a...
Vědci odhalili geny zodpovědné za nádory jater

Vědci odhalili geny zodpovědné za...

K vyhledávání genů, jejichž porucha vede ke vzniku nádoru, využili vědci z...
Dítě se třemi rodiči

Dítě se třemi rodiči

Ve Spojeném království byl v roce 2015 schválen zákon, který povoluje...
O plodnosti rozhoduje jediná změna!

O plodnosti rozhoduje jediná změna!

Vědci v největším evropském chovném zařízení zebřiček v německém Max Planck...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Způsobilo nenávist Čechů vůči Rakousko-Uhersku špatně vybrané datum?

Způsobilo nenávist Čechů vůči...

Prohra v prusko-rakouské válce v roce 1866 císaře přesvědčí, že má smysl...
Veš: Ta malá příšerka ze školních šaten

Veš: Ta malá příšerka ze školních...

S prvním odvšivovacím hřebenem se vyčesává už před 3500 lety u Mrtvého moře,...
Co se děje s rotací Venuše?

Co se děje s rotací Venuše?

Planeta Venuše zřejmě nemá ráda velké výkyvy. Díky proudění atmosféry...
Jack London: Proč zvlčí po návštěvě knihovny?

Jack London: Proč zvlčí po...

Život mladého Jacka je až do 21 let víceméně v pořádku, pomineme-li tvrdou...
VIDEO: TOP 5 dětí, které si mají pamatovat své minulé životy

VIDEO: TOP 5 dětí, které si mají...

Přemýšleli jste někdy o tom, zda existují minulé životy a zda...
Bassův průliv: Ještě děsivější než Bermudský trojúhelník!

Bassův průliv: Ještě děsivější než...

Všichni znají Bermudský trojúhelník, kde se záhadně ztrácí lodě i letadla. Ne všichni...
Tajemství akvarijních rybiček: Ostré trny i možná otrava!

Tajemství akvarijních rybiček:...

Jsou nenáročným a na pohled okouzlujícím spolubydlícím. Sledování jejich skotačení nás...
Akce Altmark: Britové ukradli Němcům zajatce

Akce Altmark: Britové ukradli...

„72 hodin, to je zoufale málo,“ prolétne hlavou německému kapitánovi...
Byli rytíři násilničtí psychopati nebo šlechetní hrdinové?

Byli rytíři násilničtí psychopati...

Smyslem jejich života byl boj a zabíjení. Přesto nešlo o žádné kruté...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.