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

Co umožňovalo denisovanům žít ve velké nadmořské výšce?

Co umožňovalo denisovanům žít ve...

Analýza čelisti nalezené na Tibetské náhorní plošině ve výšce 3280 m n....
První primát na světě, který se narodil za použití techniky zmrazených tkání varlat

První primát na světě, který se...

Vědci z USA a Kanady poprvé použili kryokonzervovanou testikulární tkáň...
Číňané šetří čas i peníze: Klonují osvědčené policejní psy

Číňané šetří čas i peníze: Klonují...

Vycvičit dobrého policejního psa není žádná sranda. Číňané se proto rozhodli...
Vědci se vyslovili proti užívání nástrojů pro úpravu DNA

Vědci se vyslovili proti užívání...

Před čtyřmi měsíci se v Číně narodila geneticky modifikovaná dvojčata Lulu a Nana....
Snaha o napodobení mimozemské DNA v laboratoři

Snaha o napodobení mimozemské DNA...

Vědecká laboratoř se snaží vytvořit něco docela cizího, aby si mohla lépe...
Spíte dostatečně?

Spíte dostatečně?

Že je spánek důležitý asi netřeba ani zdůrazňovat. Co se ale s lidským...
Další vědec si pohrává s lidskými embryi. Podle svých slov jedná etičtěji než čínský předchůdce

Další vědec si pohrává s lidskými embryi....

Je to sotva pár měsíců, co čínský vědec He Jiankui sklidil od veřejnosti i svých...
Vědci vkládají primátům genetické poruchy

Vědci vkládají primátům...

Vědcům ze Šanghaje se v minulém roce podařilo naklonovat opice makaky stejnou...
Genetickým křížením k záchraně životů

Genetickým křížením k záchraně...

Když vědci ze Stanfordské univerzity vytvořili v loňském roce mezidruhovou...
Kombinace králíka a rostliny dokáže čistit vzduch

Kombinace králíka a rostliny...

Zní to trochu jak z hororu. Badatelé z Washingtonské univerzity vzali rostlinu...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Vegetariáni a všežravci: Mýty versus realita!

Vegetariáni a všežravci: Mýty...

Rivalita mezi vegetariány a lidmi, kteří jedí maso, patří stále mezi aktuální...
Roland Freisler: Dostihl Hitlerova krvavého soudce Boží trest?

Roland Freisler: Dostihl Hitlerova...

Říšský ministr spravedlnosti Franz Gürtner umírá v lednu 1941 a nacistické...
VIDEO: 5 známých věcí, co vznikly omylem

VIDEO: 5 známých věcí, co...

Vymyslet nějaký nový produkt nebo službu, kterou bude využívat alespoň...
Může medicína zajistit nesmrtelnost?

Může medicína zajistit...

Může medicína zajistit nesmrtelnost? Na první pohled bláznivá otázka, ale...
Odhalí detektor lži skutečně pravdu?

Odhalí detektor lži skutečně...

Kdo se s ním nesetkal osobně, zná jej z televize. Objevuje se v detektivních...
Proč vozy na F1 nemají airbagy?

Proč vozy na F1 nemají airbagy?

Formule F1 jsou jedny z nejdražších a nejrychlejších automobilů na...
Jak vznikl počítačový virus?

Jak vznikl počítačový virus?

Počítačový virus může v zařízení uživatele narobit nemalou škodu....
Přehledně: Největší vesmírná mystéria

Přehledně: Největší vesmírná...

Jaká jsou největší vesmírná mystéria podle americké NASA? Co může...
Proč teplá voda zmrzne dřív než studená?

Proč teplá voda zmrzne dřív než...

Možná jste si pomysleli, že by to logicky mělo být naopak...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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