Маълумот

Оё мошинҳои молекулавӣ дар ДНК рамзгузорӣ шудаанд?

Оё мошинҳои молекулавӣ дар ДНК рамзгузорӣ шудаанд?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ман дар бораи биологияи молекулавӣ чандон чизе намедонам. Ман "ҳаёти ботинии ҳуҷайра" -ро дар Youtube тамошо кардам, ки боиси кунҷковии ман дар бораи чӣ гуна пайдо шудани ин мошинҳои молекулавӣ шуд. Фаҳмиши оддии ман ин аст, ки агар ин мошинҳои молекулавӣ дар ДНК рамзгузорӣ шуда бошанд, пас онҳо тавассути механизмҳо, ба монанди интихоби табиӣ, "таҳаввулот" доранд. Оё ин тавр аст? Ва агар ин тавр бошад, оё мо метавонем муайян кунем, ки кадом қисмати пайдарпаии ДНК барои ин мошини молекулавӣ ба монанди Кинесин рамзгузорӣ дорад? Оё мошинҳои мотории молекулавӣ аз ҷониби РНК низ синтез карда мешаванд?


Бале.

"Мошинҳои молекулавӣ", ки шумо дар назар доред, сафедаҳои мушаххас мебошанд.

Шахси мушаххасе, ки шумо дар назар доред, кинезин дар ҳаракат дар микротюбулҳо, як қисми сохтори скелети ҳуҷайра иштирок мекунад, аммо сафедаҳои дигар ҳамчун як мошини худӣ барои иҷрои вазифаҳои худ амал мекунанд: баъзан катализ кардани реаксияи биохимиявӣ, ё вокуниш ба як навъи ангезанда, ё ташаккул додани шакл ё сохтор ё омезиши ҳама чизҳои дар боло зикршуда.

Қисмҳои протеин-рамзгузории ДНК хуб омӯхта шудаанд ва пойгоҳҳои назарраси сафедаҳои маълум мавҷуданд. Агар шумо ба Википедия равед, шумо рӯйхати пурраи кининҳои гуногунро хоҳед дид, агар шумо ба якеаш, масалан, KIF1A клик кунед, дар тарафи рост нишон медиҳад, ки он дар хромосомаи 2 дар инсон мавҷуд аст, ки аз 240,713,764 ҷуфтҳои асосӣ ва бо 240,820,308 ҷуфтҳои асосӣ хотима меёбад. Маълумот барои муш низ дар он ҷо ҷойгир аст.

Протеинҳо дар зиндагии ДНК ҳама бо роҳи аввал тавлид кардани транскрипти РНК аз ДНК синтез карда мешаванд, ки он амалан нусхаи РНК-и як қисми кӯтоҳи ДНК мебошад, ки баъдан ба сафеда тарҷума мешавад. Молекулаҳои дигари РНК низ дар ин раванд, ҳамчун қисми rRNA-и рибосома (як навъ "заводи сафеда") ва инчунин tRNA, ки ҷузъҳои аминокислотаҳои сафедаҳоро ҳангоми сохта шуданашон интиқол медиҳанд, иштирок мекунанд. Транскрипсия ва тарҷума барои фаҳмидани биология дар сатҳи молекулавӣ ва ҳуҷайравӣ муҳиманд.

На танхо метавонад ҳама сафедаҳо, аз кинесин то коллаген, ҳама таҳаввул меёбанд доранд тавассути интихоби табиӣ ва дигар механизмҳои эволютсионӣ ба вуҷуд омадаанд ва онҳо имрӯз дар тамоми организмҳои зинда инкишоф меёбанд. Бе эволютсия, ҳеҷ биология вуҷуд нахоҳад дошт. Биологияи ба РНК асосёфта (имрӯз, асосан баъзе вирусҳо) низ ба механизмҳои эволютсионӣ дучор мешаванд, бинобарин ин чизи хоси ДНК нест, балки умуман ба мерос ва биология аст.


Бале, гуфтан дуруст аст, ки мошинҳои молекулавӣ дар ДНК рамзгузорӣ шудаанд. Тавре ки шумо мегӯед, кинесин як мошини молекулавӣ аст - як протеини моторӣ, ки молекулаҳоро дар баробари микротюбулаҳо ҳаракат медиҳад, ки онҳо низ сафедаҳо мебошанд. Ферментҳои сафеда яке аз мошинҳои маъмултарини молекулавӣ дар ҳуҷайраҳо мебошанд - онҳо молекулаҳоро месозанд ва аз байн мебаранд. Каналҳои мембрана низ сафедаҳо ҳастанд ва онҳоро метавон мошинҳои молекулавӣ номид - ман пулеро дар назар дорам, ки ба киштиҳои баланд ҳангоми кушода гузаштан имкон медиҳад, на ҳангоми пӯшиданаш, гарчанде ки каналҳо бештар ба сӯрохиҳои мембранаи ҳуҷайра монанданд, на ба монанди пулҳои кашида.

Пайдарҳамии асосҳо [A, G, C ва T] дар ДНК ба ҳуҷайра мегӯяд, ки чӣ гуна сафеда ҳосил кунад. Ва, ҳа, мутатсияҳо дар пайдарпаии ДНК ба амал меоянд, ки дар натиҷа сафедаҳои мутант ё протеинҳои вариантӣ ба вуҷуд меоянд, зеро аксар вақт якчанд версияи сафеда мавҷуд аст, ки хуб кор мекунанд.

Мақолаи Википедиа - https://en.wikipedia.org/wiki/Kinesin - дар бораи оилаи сафедаҳои кинезис нақл мекунад, ки аз ҷониби оилаи мувофиқи генҳо дар ДНК рамзгузорӣ карда мешаванд.

Бале - РНК дар синтези мошинҳои молекулавӣ муҳим аст. Он нусхаҳои кодҳои ДНК -ро барои сафедаҳои гуногун дар генҳои мо интиқол медиҳад. Он дорои 3 асос ['ҳарфҳо'] ҳамчун ДНК - A, G ва C мебошад, аммо ба ҷои T он U дорад, ки дар пайдарпаии РНК дар ҳар ҷое, ки Т дар ДНК бошад, меравад. Нусхаҳои РНК-и генҳо ба рибосома, як корхонаи аҷиби молекулавӣ, ки маълумотро дар нусхаҳои РНК-и генҳо гирифта, онро барои сохтани сафедаҳо истифода мебаранд, ки ба ҷои 4 асоси ДНК ва РНК аминокислотаҳо доранд.


Кашфи нав нишон медиҳад, ки ҳуҷайраҳои инсон метавонанд пайдарпаии РНК -ро ба ДНК нависанд

Ҳуҷайраҳо дорои мошинҳое мебошанд, ки ДНК-ро ба маҷмӯи нав, ки ба ҳуҷайраи навтаъсис дохил мешаванд, такрор мекунанд. Ҳамон синфи мошинҳо, ки полимеразҳо номида мешаванд, инчунин паёмҳои РНК месозанд, ки ба ёддоштҳо аз анбори марказии ДНК аз дастурҳо нусхабардорӣ шудаанд, то онҳоро ба сафедаҳо самараноктар хонанд. Аммо гумон мекарданд, ки полимеразҳо танҳо дар як самт ДНК ба ДНК ё РНК кор мекунанд. Ин имкон намедиҳад, ки паёмҳои РНК дубора ба китоби рецептҳои ДНК-и геномӣ дубора навишта шаванд. Ҳоло, муҳаққиқони Донишгоҳи Томас Ҷефферсон аввалин далелҳоеро пешниҳод мекунанд, ки сегментҳои РНК -ро дубора ба ДНК навиштан мумкин аст, ки эҳтимолан догмаи марказии биологияро зери шубҳа мегузорад ва метавонад ба бисёр соҳаҳои биология таъсир расонад.

"Ин кор дари бисёр таҳқиқоти дигарро мекушояд, ки ба мо дар фаҳмидани аҳамияти доштани механизми табдили паёмҳои РНК ба ДНК дар ҳуҷайраҳои худамон мекушоянд" мегӯяд Ричард Померанц, доктори илмҳои биохимия ва биологияи молекулавӣ дар Донишгоҳи Томас Ҷефферсон . "Воқеияте, ки полимеразаи инсон инро бо самаранокии баланд иҷро карда метавонад, саволҳои зиёдеро ба миён меорад." Масалан, ин бозёфт нишон медиҳад, ки паёмҳои РНК-ро метавон ҳамчун қолабҳо барои таъмир ё дубора навиштани ДНК-и геномӣ истифода кард.

Ин асар 11 июн дар маҷалла чоп шудааст Пешрафтҳои илм.

Якҷоя бо муаллифи аввал Гурушанкар Чандрамолӣ ва дигар ҳамкорон, дастаи доктор Померантз аз таҳқиқи як полимерази хеле ғайриоддӣ, ки тета полимераз номида мешавад, оғоз кард. Аз 14 полимеразаи ДНК дар ҳуҷайраҳои ширхӯрон, танҳо се қисми асосии кори такрори тамоми геномро барои омодагӣ ба тақсимоти ҳуҷайраҳо иҷро мекунанд. 11 нафари боқимонда асосан ба ошкор ва таъмир машғуланд, вақте ки танаффус ё хато дар риштаҳои ДНК вуҷуд дорад. Тета полимераза ДНК-ро таъмир мекунад, аммо хеле иштибоҳ мекунад ва хатогиҳо ва мутацияҳои зиёд мекунад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон пай бурданд, ки баъзе хислатҳои "бад" -и тетаи полимеразҳо он хусусиятҳое буданд, ки онҳо бо як мошини дигари мобилӣ мубодила мекарданд, гарчанде ки дар вирусҳо бештар маъмуланд - транскриптазаи баръакс. Мисли Пол тета, транскриптазаи баръакси ВНМО ҳамчун полимеразаи ДНК амал мекунад, аммо инчунин метавонад РНК-ро бипайвандад ва РНК-ро дубора ба риштаи ДНК хонад.

Дар як силсила таҷрибаҳои шево, муҳаққиқон тета полимеразро бар зидди транскриптазаи баръакси ВНМО озмоиш карданд, ки яке аз беҳтарин навъҳои он омӯхта шудааст. Онҳо нишон доданд, ки тетаи полимеразӣ қодир аст паёмҳои РНК -ро ба ДНК табдил диҳад, ки он инчунин транскриптазаи баръакси ВИЧро анҷом додааст ва он дар асл назар ба такрори ДНК ба ДНК кори беҳтаре кардааст. Тета полимеразӣ самараноктар буд ва ҳангоми истифодаи қолаби РНК барои навиштани паёмҳои нави ДНК нисбат ба ҳангоми такрори ДНК ба ДНК хатогиҳои камтар ворид кард, ки ин функсия метавонад ҳадафи асосии он дар ҳуҷайра бошад.

Ин гурӯҳ бо лабораторияи доктор Сяоцзян С. Чен дар USC ҳамкорӣ кард ва барои муайян кардани сохтор аз кристаллографияи рентгенӣ истифода кард ва дарёфт, ки ин молекула қодир аст шаклро тағир диҳад, то молекулаи калонтари РНК-ро ҷойгир кунад - як корнамоии беназир дар байни полимеразҳо.

"Таҳқиқоти мо нишон медиҳад, ки вазифаи асосии тетаи полимераз ҳамчун транскриптазаи баръакс амал кардан аст" мегӯяд доктор Померанц. "Дар ҳуҷайраҳои солим, ҳадафи ин молекула метавонад ба таъмири ДНК тавассути РНК бошад. Дар ҳуҷайраҳои носолим, аз қабили ҳуҷайраҳои саратон, тета полимеразӣ хеле зиёд ифода карда мешавад ва ба афзоиши ҳуҷайраҳои саратон ва муқовимат ба маводи мухаддир мусоидат мекунад. Фаҳмидани минбаъдаи он ҳаяҷоновар хоҳад буд. Фаъолияти полимеразии тета дар РНК ба таъмири ДНК ва паҳншавии ҳуҷайраҳои саратон мусоидат мекунад."

Ин тадқиқот аз ҷониби грантҳои NIH 1R01GM130889-01 ва 1R01GM137124-01 ва R01CA197506 ва R01CA240392 дастгирӣ карда шуд. Ин тадқиқот инчунин қисман аз ҷониби гранти Бунёди Тадқиқоти Саратоншиносӣ дастгирӣ карда шуд.


Навиштани китоб дар ДНК

(БОСТОН) - Ҳарчанд китоби навбатии Ҷорҷ Калисо то 2 октябр ба рафҳо нарасидааст, он аллакай як нишондоди аҷибро гузаштааст: 70 миллиард нусха ва#8212 тақрибан 100 китоби беҳтарини ҳама давру замон тақрибан се баробар зиёд шудааст.

Ва онҳо ба расми шумо мувофиқат мекунанд.

Дар айни замон 70 миллиард нусха китоби дарпешистодаи «Регенез» мавҷуд аст, ки ҳама дар шакли ДНК нигоҳ дошта мешаванд.

Ин аз он сабаб аст, ки Черч, як устоди асосии бунёдии Институти муҳандисии биологии Висс дар Донишгоҳи Ҳарвард ва профессори генетикаи Роберт Уинтроп дар Мактаби тиббии Ҳарвард ва дастаи ӯ дар ДНК ин китоб, Регенез: Чӣ гуна биологияи синтетикӣ табиат ва худро дар ДНК дубора ихтироъ мекунад, ки онҳо баъдан рамзкушоӣ ва нусхабардорӣ карданд.

Маълумоти бонкии биология, ДНК муддати тӯлонӣ пажӯҳишгаронро бо потенсиали худ ҳамчун воситаи нигаҳдорӣ водор кардааст: афсонавӣ зич, устувор, аз ҷиҳати энергия сарфакор ва собит шудааст, ки дар тӯли тақрибан 3,5 миллиард сол кор мекунад. Гарчанде ки ин аввалин лоиҳа нест, ки потенсиали нигаҳдории ДНК-ро нишон медиҳад, дастаи Church ’s бо технологияи пайдарпаии наслҳои оянда издивоҷ карда, бо стратегияи нав барои рамзгузории 1,000 маротиба бузургтарин маълумоте, ки қаблан дар ДНК захира шуда буданд, издивоҷ кард.

Ин даста натиҷаҳои худро дар шумораи 17 -уми августи маҷалла гузориш медиҳад Илм.

Муҳаққиқон барои нигоҳ доштани матн, тасвирҳо ва форматкунии китоб рамзи дуӣ истифода карданд. Гарчанде ки миқёс тақрибан он аст, ки як диски нарми 1/4-дюймаи як бор дошта бошад, зичии битҳо тақрибан аз диаграммаҳо дур аст: 5.5 петабит ё 1 миллион гигабит дар як миллиметр куб. Зичӣ ва миқёси иттилоот бо усулҳои дигари нигоҳдории таҷрибавии биология ва физика муқоиса мекунанд, ” Срирам Косури, олими калони Институти Уайс ва муаллифи аршади ин коғаз. Ба ин гурӯҳ инчунин Юан Гао, як постдокси собиқи Wyss шомил буд, ки ҳоло дотсенти муҳандисии биотиббии Донишгоҳи Ҷонс Хопкинс мебошад.

Ва дар он ҷое, ки баъзе расонаҳои таҷрибавӣ, ба монанди голографияи квантӣ, ҳарорати бениҳоят сард ва энергияи азимро талаб мекунанд, ДНК дар ҳарорати хона устувор аст. “Шумо метавонед онро ба ҳар ҷое, ки мехоҳед, дар биёбон ё ҳавлии худ партоед ва он пас аз 400 000 сол дар он ҷо хоҳад буд, & # 8221 Калисои.

Хондан ва навиштан дар ДНК нисбат ба дигар васоити ахбори омма сусттар аст, аммо ин имкон медиҳад, ки он барои нигоҳдории бойгонии миқдори зиёди додаҳо мувофиқ бошад, на барои ҷустуҷӯи зуд ё коркарди додаҳо. “Тасаввур кунед, ки шумо дар ҳақиқат дар ҳама ҷо сабткунандагони видеоҳои арзон доштед, ” Калисо гуфт. & # 8220Танҳо деворҳоро бо сабткунандагони видео ранг кунед. Ва аксар вақт онҳо танҳо сабт мекунанд ва ҳеҷ кас ба назди онҳо намеравад. Аммо агар чизи воқеан хуб ё воқеан бад рӯй диҳад, шумо мехоҳед рафта деворро харошед ва бубинед, ки чӣ доред. Ҳамин тавр, чизе, ки молекулярӣ он қадар самараноктар ва паймон аст, ки шумо метавонед замимаҳоеро баррасӣ кунед, ки қаблан ғайриимкон буданд. ”

Тақрибан чор грамм ДНК назариявӣ метавонист маълумоти рақамии инсониятро дар як сол нигоҳ дорад.

Гарчанде ки лоиҳаҳои дигар маълумотро дар ДНК бактерияҳои зинда рамзгузорӣ кардаанд, дастаи Калисо микрочипҳои тиҷоратии ДНК -ро барои сохтани ДНК -и мустақил истифода бурд. & # 8220Мо ҳадафмандона аз ҳуҷайраҳои зинда канорагирӣ кардем, & # 8221 Калисо гуфт. “Дар организм, паёми шумо як фраксияи ночизи тамоми ҳуҷайра аст, аз ин рӯ фазои беҳудаи зиёде вуҷуд дорад. Аммо муҳимтар аз ҳама, қариб ки баробари ворид шудани ДНК ба ҳуҷайра, агар ин ДНК нигоҳдории худро ба даст наорад, агар аз ҷиҳати эволютсионӣ фоидаовар набошад, ҳуҷайра онро мутация мекунад ва дар ниҳоят ҳуҷайра онро комилан нест мекунад. & #8221

Дар рафтани дигар, даста пайдарпайии ба истилоҳ “ тирандозӣ ва ”-ро рад кард, ки пайдарпаии дарозмуддати ДНК-ро бо муайян кардани такрори қисмҳои кӯтоҳ дубора ҷамъ мекунад. Ба ҷои ин, онҳо ишораи худро аз технологияҳои иттилоотӣ гирифтанд ва китобро дар блокҳои маълумотҳои 96-бита рамзгузорӣ карданд, ки ҳар яки онҳо суроғаи 19-бита доранд, то дубора васл кунанд. Аз ҷумла тасвирҳои jpeg ва форматкунии HTML, рамзи китоб 54,898 блоки маълумотро талаб мекард, ки ҳар кадоми онҳо пайдарпаии беназири ДНК доранд. “Мо мехостем нишон диҳем, ки чӣ тавр ҷаҳони муосир воқеан пур аз сифрҳо ва ягонаҳост, на танҳо ба воситаи Zs, ” Косури гуфт.

Гурӯҳ аз ҷумла нусхаи ДНК-ро бо ҳар як нашри чопии Регенез муҳокима кард. Аммо дар ин китоб, Черч ва ҳаммуаллифи ӯ, нависандаи илм Эд Регис барои назорати бодиққат ба биологияи синтетикӣ ва полиси маҳсулот ва асбобҳои он баҳс мекунанд. Муаллифон он чизеро, ки онҳо мавъиза мекунанд, ба муқобили воридкунии ДНК қарор доданд - ҳадди аққал то он даме, ки дар бораи амният, амният ва ахлоқи истифодаи ДНК ин тавр баҳсҳои бештар вуҷуд надошт. & # 8220Шояд китоби навбатӣ, & # 8221 Калисои гуфт:.

Ин кор аз ҷониби Идораи тадқиқоти баҳрии ИМА (N000141010144), Agilent Technologies ва Институти Wyss дастгирӣ карда шуд.

Тамос
Дэвид Камерон, Мактаби тиббии Ҳарвард
617.960.7221
[email protected]

Твиг Моватт, Институти муҳандисии биотиббии Wyss
617.432.1547
[email protected]

Институти Wyss оид ба муҳандисии аз ҷиҳати биологӣ илҳомёфта дар Донишгоҳи Ҳарвард принсипҳои тарроҳии Nature ’ -ро барои таҳияи мавод ва дастгоҳҳои биологии илҳомбахш истифода мебарад, ки доруҳоро тағир медиҳанд ва ҷаҳони устувортар эҷод мекунанд. Ҳамчун иттифоқ дар байни Мактабҳои тиб, муҳандисӣ, санъат ва илмҳои Ҳарвард ва дар ҳамкорӣ бо Маркази тиббии Бет Исроил Диконес, Беморхонаи кӯдаконаи Бостон, Беморхонаи Бригам ва занон, Институти саратони Дана Фарбер, Массачусетс генералӣ кор мекунад. Беморхона, Мактаби тиббии Донишгоҳи Массачусетс, Беморхонаи барқарорсозии Споллинг, Донишгоҳи Тафтс ва Донишгоҳи Бостон, Институт монеаҳои интизомӣ ва институтсионалиро барои гузаронидани тадқиқоти хавфи баланд мегузаронад, ки боиси пешрафти технологии технологӣ мегардад. Тадқиқотчиёни Wyss бо тақлид кардани принсипҳои табиат барои худташкилкунӣ ва худтанзимкунӣ, қарорҳои нави муҳандисиро барои тандурустӣ, энергетика, меъморӣ, робототехника ва истеҳсолот таҳия мекунанд. Ин технологияҳо тавассути ҳамкорӣ бо муфаттишони клиникӣ, иттифоқҳои корпоративӣ ва стартапҳои нав ба маҳсулот ва табобатҳои тиҷоратӣ тарҷума карда мешаванд.

Мактаби тиббии Ҳарвард дорои зиёда аз 7,500 факултети пурравақт дар 11 шӯъбаи таълимӣ, ки дар шаҳраки Мактаби Бостон ҷойгир аст ё дар яке аз 47 шӯъбаҳои клиникии беморхона дар 16 беморхонаҳои таълимии вобаста ба Ҳарвард ва пажӯҳишгоҳҳо кор мекунанд. Ба он шӯъбаҳо Маркази тиббии Бет Исроил Диконесс, Беморхонаи Бригам ва Занон, Алянси Тандурустии Кембриҷ, Беморхонаи кӯдаконаи Бостон, Институти Саратони Дана-Фарбер, Ҳарвард Пилигрии Ҳарвард, Ибрӣ SeniorLife, Маркази Диабети Ҷослин, Довари Бейкер Кӯдакон ’s дохил мешаванд , Беморхонаи чашм ва гӯши Массачусетс, Беморхонаи генералии Массачусетс, Беморхонаи Маклин, Беморхонаи Маунт Оберн, Институти тадқиқоти чашми Шепенс, Беморхонаи барқарорсозии Спулдинг ва системаи тандурустии VA Бостон.


Мошинҳои молекулавӣ ва мавқеи физика дар барномаи таълимии биология

Кредит: Блогҳои PLOS

Рӯзи дигар, бо айби худам, ман худамро дидам, ки ба курсҳое, ки барномаи дараҷаи бакалаврии биологияи молекулавии мо талаб мекунанд, менигарист. Ман талабот ба курси физикаи 5 -соатаи кредитӣ ва тавсияеро дарёфтам, ки ин курс дар синфи болоии донишҷӯён гирифта шавад - як нуқтаи омӯзиши онҳо, вақте ки аксарияти онҳо курсҳои зарурии биологияро хатм кардаанд. Бефудлемент маро ба ҳайрат овард, ки талаб кардани курси муқаддимавии физика дар заминаи ихтисоси биологияи молекулавӣ чӣ маъно дошт? Оё ин як мисоли саёҳати вақт буд (тавассути сӯрохиҳо ё ягон тасаввуроти дигари эзотерикӣ), ки дар он курси физика дар оянда ба фаҳмиши донишҷӯён дар бораи биологияи молекулавӣ дар гузашта таъсир мерасонад? Ман инчунин аз имкони он, ки талаб кардани чунин курс дар соли охири донишҷӯён ба таври андозагирӣ ба вақти онҳо то дараҷа таъсир мерасонад, ба ҳайрат афтодам.

Дар ҷустуҷӯи возеҳият ва равшании имконпазир, ман дар бораи таҷрибаи худ дар барномаи дараҷаи биологияи бакалаврӣ фикр кардам - ​​ҳамчун як ҳуҷайра ва биологи молекулавӣ, ман то андозае ошуфта шудам. Ман наметавонам ангушти худро ба ҳадафи талаботи физикаи мо гузорам, ба истиснои шояд ҳадафи шоёни таҳсили аспирантони физика. Аммо баъд, пас аз мулоҳизаҳои шадид дар бораи масъулияти омӯзгорон дар тарҳрезии курсҳо ва барномаҳои таълимӣ, ки онҳо барои донишҷӯёни худ менависанд ва мафҳумҳои умумии амалия ва амали нодурусти таълимӣ (беҳтарин) -ро дар бар мегирифтанд, шояд ақли ман ором гирифт, шояд маро мақола парешон карда бошад дар MinION (→) "дастгоҳи сайёр барои пайдарпаии ДНК ва РНК" -и Оксфорд Нанопор, дастгоҳе, ки ба бандари USB дар ноутбук пайваст мешавад! Аз мушкилоти эҳтимолии киксотикӣ, ки чӣ тавр ба даст овардани ислоҳоти муассири таълимӣ дар сатҳи донишҷӯён парешон шуда будам, худро як кунҷковии тоқатнопазир (ё ноамнии амиқ нишаста) барангехт, то боварӣ ҳосил кунам, ки ман воқеан фаҳмидам, ки ин насли охирини секвенсерҳои ДНК чӣ гуна кор мекарданд. Ин маро ба як коғази Meni Wanunu бурд (2012. Нанопораҳо: Сафар ба самти пайдарпаии ДНК). Ҳангоми хондани коғаз ман фаҳмидам, ки ба эътиқоди аслии худ бармегардам, ҳа, фаҳмидани физика барои ташаккули фаҳмиши сатҳи молекулавӣ дар бораи он ки чӣ гуна системаҳои биологӣ кор мекунанд, муҳим аст, аммо ин на танҳо физикае буд, ки одатан ба донишҷӯён (талабот) дода мешуд. Албатта, ин як идеяи нав набуд. Брюс Албертс дар ин мавзӯъ борҳо навиштааст, ки аз ҳама ҷолибтараш дар мақолаи ӯ дар соли 1989 "Ҳуҷайра ҳамчун маҷмӯи мошинҳои молекулавӣ" навиштааст. Баръакс, мутаассифона ва дар муқоиса бо дастнависҳои зиёд дар бораи аҳамияти таваҷҷӯҳи донишҷӯён ба фаҳмиш ва фаҳмиши фанҳои STEM, чандон моҳият дар ин самт ба вуҷуд наомадааст. Ҳангоме ки (баъзе ақаллиятҳои) курсҳои физика метавонанд педагогикаи фаъолонаи ҷалбшударо қабул карда бошанд, ба маънои Хейк, аксарият пофишорӣ мекунанд, на ба тамаркуз ва ҳатто ба назар гирифтани физикаи сатҳи молекулавии марбут ба системаҳои биологӣ, омӯзиши физикаи макроскопӣ. физикаи мошинҳои сафеда дар заминаи ҳуҷайра (биологӣ). Чаро мутаассифона? Азбаски курсҳои муқаддимавии физика ва химия аз ҷиҳати биологӣ ғайримуқаррарӣ мебошанд, аксар вақт нақши як маросими ҳазратангезро иҷро мекунанд, ки бисёре аз донишҷӯёнро аз илмҳои биологӣ дур мекунанд, қисман ман гумон мекунам, ки онҳо аксар вақт ба манфиатҳои донишҷӯён дар соҳаи илмҳои биологӣ алоқаманд нестанд. фаъолияти системаҳои биологӣ.

Секвенсери Нанопора ва мақолаи Вануну маро водор сохт, ки дар бораи мошинҳои биологӣ фикр кунам, ки шумораи зиёди онҳо аз насосҳо, велосипедҳо ва уқобҳо то намудҳои гуногуни интиқолдиҳандагон, мошинҳои боркаши молекулавӣ, ки хромосомаҳо, везикулаҳои мембранаӣ ва қисмҳои ҳуҷайраҳоро эҳтиром мекунанд. ба ҳамдигар, ба детанглерҳои ДНК, кушодани сафедаҳо ва такрори молекулаҳо (→). Секвенсери нанопора кор мекунад, зеро вақте ки як риштаи ягонаи ДНК (ё РНК) аз як сӯрохи танг мегузарад, асосҳои гуногун (A, C, T, G) сӯрохиҳоро ба миқёси гуногун пӯшонида, ба миқдори гуногуни ионҳо ва миқдори гуногуни ҷараён имкон медиҳанд , аз пора гузаштан. Ин фарқиятҳои кунуниро метавон ошкор кард ва имкон медиҳад, ки пайдарпайии нуклеотидҳоро ҳангоми хондани кислотаи нуклеин тавассути сӯрохиҳо хонанд. Фаҳмидани раванд фаҳмидани он аст, ки молекулаҳо чӣ гуна ҳаракат мекунанд, яъне физикаи бархӯрди молекулавӣ ва интиқоли энергия, чӣ гуна сафедаҳо ва мембранаҳо ҳаракати ионҳоро иҷозат медиҳанд ва маҳдуд мекунанд ва таъсири градиентҳои химиявӣ ва майдонҳои электрикӣ дар як мембрана ба ҳаракатҳои молекулавӣ - ҳама мафҳумҳои физикии аҳамияти васеъ дар системаҳои биологӣ. Чунин ақидаҳоро метавон ба саволҳои умумӣ дар бораи он ки чӣ тавр молекулаҳо дар дохили ҳуҷайра ҳаракат мекунанд ва таъсири андозаи молекулавӣ ва таъсири байни молекулавӣ дар дохили маҳлули консентратсияи сафедаҳо, полимерҳои сафедаҳо, мембранаҳои липидҳо ва кислотаҳои нуклеинӣ, ба мисли дар Оливерира ва дигарон, Баландшавии часпакии ситоплазма ба сегрегатсияи агрегати қутбӣ дар coli Escherichia халал мерасонад. Дар сатҳи молекулавӣ равандҳо, дар ҳоле ки ба майдони электрикӣ (потенсиалҳо) ва градиентҳои консентратсионӣ ғаразноканд, стохастикӣ (ғавғо) мебошанд. Фаҳмидани равандҳои стохастикӣ барои донишҷӯён душвор аст, аммо барои таҳияи фаҳмиши он, ки чӣ гуна ин равандҳо метавонанд ба фарқиятҳои фенотипии байни ҳуҷайраҳои генотипҳои якхела оварда расонанд (маколаи қаблӣ) ва чӣ гуна ин равандҳои пурғавғо аз ҷониби ҳуҷайра ва дар дохили организми бисёрҳуҷайра идора карда мешаванд.

Ҳангоме ки роҳ ба сӯи роҳ меравад, ман худамро дар назар гирифтам (← мутобиқ аз Ҷоши ва дигарон., 2017) мошини сафедаи найза, ки дар бактерияҳои патогении Vibrio cholerae мавҷуд аст, ин мошини молекулавӣ барои ворид кардани токсинҳо ба ҳамсоягон, ки бактерия рӯй медиҳад зарба занед (нигаред ба Ҷоши ва дигарон, 2017. Қоидаҳои ҷалб: Системаи секрецияи VI дар холераҳои Vibrio). Система мураккаб аст ва ба доми мушакҳои пурбор ва ба ҷои "ғайриинсонӣ" монанд аст. Ин яке аз як қатор системаҳои намуди VI бактерияҳост ва "дорои гомологияи сохторӣ ва функсионалӣ бо хӯша ва думи бактериофаги T4 мебошад" - мошини молекулавӣ, ки ҳуҷайраҳои бактерияҳоро бо маводи генетикии вирус, ДНК -и он ворид мекунад.

Бунёди системаи тазриқи найза бар бактерия тавассути системаи иҷтимоӣ (ҳискунии кворум) идора карда мешавад (мақолаи қаблӣ). Яке аз роҳҳое, ки чунин организмҳо муайян мекунанд, ки онҳо танҳо ҳастанд ё дар муҳити пур аз организмҳои дигар зиндагӣ мекунанд. Ҳангоми ҷараёни васлкунӣ, энергияи потенсиалӣ, ки аз аксуламалҳои мухталифи кимиёвӣ ва термодинамикии мусоид ба даст омадааст, ҳам дар думҳои навъи VI "найзаҳо" ва ҳам думҳои контрактивии (кислотаи нуклеинии тазриқӣ) вирусҳои бактериявӣ (фаг) нигоҳ дошта мешаванд. Фаҳмидани энергияи ин раванд, масалан, чӣ гуна пайваст кардани аксуламалҳои химиявии мусоид ба монанди гидролизи ATP ё реаксияҳои физикию химиявӣ ба монанди паҳншавии ионҳо ба градиенти электрохимиявӣ метавонад барои насб кардани ин "домҳои муш" истифода шавад, ва фаҳмидани он ки энергия ҳангоми паҳн шудани домҳо ба куҷо меравад, барои фаҳмиши донишҷӯён дар бораи ин ва доираи васеи дигар мошинҳои молекулавӣ муҳим аст.

Энергияеро, ки дар ин гуна мошинҳои молекулавӣ ҳангоми васлшавӣ нигоҳ дошта мешаванд, барои ҳаракат додани ҳуҷайра истифода бурдан мумкин аст. Ба унвони мисол, системаи дигари бактериявӣ риштаҳои контрактӣ (намуди IV pili) тавлид мекунад, ки кашиши чунин ришта метавонад имкон диҳад, ки "бактерия 10 000 маротиба аз вазни баданаш ҳаракат кунад, ки ин боиси ҳаракати босуръат мегардад" (ниг. Берри & Беличик 2015. Ба таври истисноӣ наномашинаҳои паҳншуда, ки аз пилинҳои навъи IV иборатанд: кордҳои прокариотикии артиши Швейтсария). Мушоҳидаи чунин ришта инчунин барои ворид кардани ДНК ба ҳуҷайра истифода шудааст, ки қадами аввалин дар раванди интиқоли генҳои уфуқӣ мебошад. Дар дигар ҳолатҳо (дигар мошинҳои молекулавӣ) чунин филаментҳои сафеда ба гардишҳои равандҳои термодинамикии мусоид дастрасӣ пайдо мекунанд, ба мисли винт амал мекунанд ва ҳаракати ҳуҷайраҳоро пеш мебаранд.

Ҳангоми сайру гашти тасодуфии ғаразноки худ дар адабиёт, ман бо мошини дигаре дучор омадам, аммо аз ҷиҳати молекулавӣ, ки барои воридоти ДНК ба Вибрио истифода мешуд (ниг. Маттей & Blokesch 2016. Раванди гирифтани ДНК аз вабоҳои табиии салоҳиятдор Vibrio). Ин мошини молекулавӣ ба бактерия имкон медиҳад, ки ДНК-ро аз муҳити атроф ворид кунад, ки эҳтимол аз ҳамсояе, ки аз найза кушта шудааст, хориҷ карда шавад. Дар ин система (мувофиқ аз Matthey & Bioesch et al., 2017 →), молекулаи ДНК-и дуқабата аввал тавассути мембранаи берунии бактерия интиқол дода мешавад ("OM") пас ду риштаи ДНК аз ҳам ҷудо мешаванд ва як ришта аз канал мегузарад. сафеда тавассути мембранаи дарунӣ (плазма) ва ба цитоплазма, ки дар он ҷо метавонад бо ДНК -и геномии бактерия ҳамкорӣ кунад.

Арзиши муаррифии донишҷӯён бо ғояи мошинҳои молекулавӣ дар он аст, ки он метавонад барои исбот кардани он ки чӣ тавр системаҳои биологӣ кор мекунанд, чӣ гуна ин гуна мошинҳо вазифаҳои мушаххасро иҷро мекунанд, хоҳ ҳуҷайраро ҳаракат диҳанд, хоҳ ДНК -и вайроншударо шинохта ва таъмир кунанд. Агар физика дар барномаи таълимии биологӣ аҳамият дошта бошад, аз ин сабаб муҳим аст - он асосҳои асосии биологияро муқаррар мекунад, ки организмҳо на аз ҷониби қувваҳои "ҳаётӣ", балки аз ҷониби қувваҳои физиохимикии насрӣ ҳаракат мекунанд. Дар айни замон, механизмҳои молекулавии паси эволютсия, ба монанди мутатсия, такрори генҳо ва азнавсозии геномӣ, воситаҳоеро фароҳам меоранд, ки сохторҳои нав аз сохторҳои қаблан мавҷудбуда ба вуҷуд меоянд, аммо бисёриҳо барномаи дараҷаи биологияи молекулавӣ мебошанд, ки муқаддимаро дар бар намегирад. ба механизмҳои эволютсионӣ бо пайдарпаии зарурии курс - тасаввур кунед, ки физика талаб мекунад, аммо эволютсия не?

Як нуқтаи ниҳоӣ дар бораи талаб кардани донишҷӯён аз курси биологияи марбут ба биология дар аввали барномаи дараҷаи худ ин аст, ки он метавонад барои тақвияти он чизе, ки ман фикр мекунам, як нуқтаи муҳим ва аксар вақт нодуруст фаҳмида мешавад, истифода шавад. Гарчанде ки системаҳои биологӣ ба мошинҳои молекулавӣ такя мекунанд, мо (ва ман дар назар дорам ҳама организмҳоро дар назар дорем) мошин нестем, новобаста аз он ки физикҳо метавонанд чӣ гуна постулятсия кунанд - нигаред Мо ҳама мошинҳое ҳастем, ки фикр мекунанд. Мо чизи дигар ва фарқкунанда ҳастем. Рафтор ва эҳсосоти мо, новобаста аз он ки дар ниҳоят фаҳмо аст ё не, аз таъсири мутақобилаи системаҳои ғайримувозинати аз ҷиҳати генетикӣ рамзгузоришуда, аз ҷиҳати стохастикӣ асосёфта, ки тавассути эволютсионалӣ, экологӣ, иҷтимоӣ ва як қатор рӯйдодҳои пешгӯинашаванда, ки ба таври бефосила ва асосан бесамар ба амал меоянд, ба вуҷуд меоянд. барои

3,5 миллиард сол. Ҳангоме ки мо маҷбурем, мо бештар ба таври аҷиб ва шояд дар ниҳоят нофаҳмо ҳастем.

Мени Вануну. Нанопораҳо: сафар ба сӯи пайдарпайии ДНК, Баррасиҳои физикаи ҳаёт (2012). DOI: 10.1016/j.plrev.2012.05.010

Брюс Албертс. Ҳуҷайра ҳамчун маҷмӯи мошинҳои сафеда: Омода кардани насли ояндаи биологҳои молекулавӣ, Ҳуҷайра (2004). DOI: 10.1016/S0092-8674(00)80922-8

Ричард Р. Ҳейк. Ҷалби интерактивӣ бо усулҳои анъанавӣ: Тадқиқоти шашҳазорнафарии донишҷӯён оид ба механика барои курсҳои муқаддимавии физика, Маҷаллаи амрикоӣ оид ба физика (2005). DOI: 10.1119/1.18809

Самуэл М.Д. Оливейра ва дигарон. Баландшавии часпакии ситоплазма ба сегрегатсияи агрегати қутбҳо дар colischerichia халал мерасонад, Микробиологияи молекулавӣ (2015). DOI: 10.1111/mmi.13257

К.Гарвин-Доксас ва дигарон. Фаҳмидани тасодуфӣ ва таъсири он ба таълими донишҷӯён: Дарсҳо аз сохтани инвентаризатсияи консепсияи биология (BCI), Таълими биологияи ҳуҷайра (2008). DOI: 10.1187 / cbe.07-08-0063

Аватар Ҷоши ва дигарон. Қоидаҳои машғулият: Системаи секрецияи VI дар холераҳои Vibrio, Тамоюлҳо дар микробиология (2016). DOI: 10.1016/j.tim.2016.12.003

Ҷейми-Ли Берри ва дигарон. Наномашинаҳои хеле паҳншуда аз пилинҳои навъи IV иборатанд: кордҳои прокариотикии Артиши Швейтсария, Баррасиҳои микробиологияи FEMS (2015). DOI: 10.1093/femsre/fuu001

P. Seitz ва дигарон. Мошинҳои гирифтани ДНК аз холераҳои табиатан салоҳиятдори Vibrio, Мақолаҳои Академияи миллии илмҳо (2013). DOI: 10.1073/pnas.1315647110


Нанотехнологияи ДНК: ДНК ҳамчун маводи сохтмонии молекулавӣ

Дар тӯли чанд соли охир, ДНК на ҳамчун интиқолдиҳандаи иттилооти генетикӣ ҳамчун як масолеҳи сохтмонӣ барои ҷамъоварии наноструктураҳо пайдо мешавад. Фанни нави тадқиқотии нанотехнологияи ДНК аз қоидаҳои қатъии ҷуфткунии пойгоҳ, ки дар ташаккули сохторҳои дугонаи спирали ДНК асос ёфтааст, бартарӣ дорад, ки ин маънои онро дорад, ки танҳо пайдарпаии нуклеотидҳои комплементарӣ бо ҳамдигар мепайвандад. Ин ба тарҳрезии пайдарпаии нуклеотидҳо имкон медиҳад, ки ба таври интихобӣ ҷамъ шуда, сохторҳои муайяншударо ба монанди найҳои ДНК ё шабакаҳо ё ҳатто воҳидҳои функсионалӣ, ба истилоҳ мошинҳои молекулавӣ, ки метавонанд ҳаракат кунанд, ҷамъ кунанд.

Ин ҳама бо шарофати хосиятҳои ҷуфткунии ДНК имконпазир аст, ки кафолат медиҳад, ки нӯгҳои ба ном часпанда-минтақаҳои якранг баромада-дорои пайдарпаии нуклеотидҳо мебошанд, ки ҷуфтҳои асосиро бо минтақаҳои иловагии як ришта ташкил медиҳанд. Ин барномаҳои сершуморро дар соҳаи нанотехнология мекушояд. Истифодаи нӯги часпанда ба шабакаҳои ДНК имкон медиҳад, ки махсус ба як молекулаи ҳадафи мушаххас пайваст шаванд ва ҳамчун сенсор истифода шаванд. Дидаи дигар рушди компютерҳои биологӣ ва истифодаи ДНК ба сифати дастгоҳи нигаҳдории рақамӣ мебошад. Чунин ба назар мерасад, ки ин як идеяи хуб аст, зеро системаҳои нигаҳдории ДНК метавонанд бо маълумот зичтар баста шаванд ва аз ин рӯ нисбат ба ҳама гуна системаҳои нигаҳдории диски сахт зичтаранд. Маълумоти генетикии мо он қадар зич ҷойгир аст, ки он ба тамоми ҳуҷайраҳои бадани мо дохил мешавад. Тадқиқотчиён аллакай интихоби китобҳоро дар сегментҳои ба таври сунъӣ тавлидшудаи ДНК рамзгузорӣ кардаанд ва ба ин васила далелҳо пешниҳод карданд, ки дар ДНК миқдори зиёди маълумотро нигоҳ доштан мумкин аст. Аммо, ин усул барои истифодаи васеъ ҳоло ҳам хеле гарон аст.


Оё ҳаёт дар "шӯрбои ибтидоӣ" тавассути ДНК ё РНК ба вуҷуд омадааст? Шояд ҳарду

Олимон муддати тӯлонӣ баҳс мекунанд, ки кадом интиқолдиҳандаи иттилооти генетикӣ - ДНК ё РНК ҳаёт дар рӯи заминро оғоз кардааст, аммо як таҳқиқоти нав нишон медиҳад, ки ҳаёт метавонист аз ҳардуи он оғоз шавад. Таҳқиқоте, ки олимони Лабораторияи биологияи молекулавӣ (LMB) -и Шӯрои Тадқиқотии Тиббӣ (LMB) дар Кембриҷ роҳбарӣ мекунанд, бори аввал нишон медиҳад, ки чӣ гуна баъзе аз блокҳои бинои ҳам ДНК ва ҳам РНК метавонанд ба таври стихиявӣ ташаккул ёфта ва дар як вақт вуҷуд дошта бошанд. «шӯрбои ибтидоӣ» дар рӯи замин.

Кор яке аз гипотезаҳои пешбари пайдоиши ҳаёт - назарияи 'ҷаҳони РНК' -ро, ки дар солҳои 60 -ум ба вуҷуд омадааст ва эътирофи васеъ пайдо кардааст, зери шубҳа мегузорад.

Имрӯз, ҳама организмҳои зинда барои нигоҳ доштани маълумот ҳамон молекулаҳои генетикиро - кислотаҳои нуклеинӣ меноманд. Ду намуди кислотаҳои нуклеинӣ мавҷуданд: ДНК ва РНК. ДНК дастурҳоро дар генҳо рамзгузорӣ мекунад. Генҳо бо истифода аз РНК ба паёмҳо мубаддал мешаванд, ки дастурҳои сафедаҳо доранд. Протеинҳо метавонанд сохтор созанд ва ҳамчун мошинҳои молекулавӣ амал кунанд.

Дар назарияи «ҷаҳони РНК», ҳаёт аз молекулаҳои РНК оғоз шуд, ки онҳо метавонанд ҳам дастурҳоро нигоҳ доранд ва ҳам ҳамчун мошини хоксор амал карда, эҳтимолан ба онҳо имкон диҳанд, ки худпешбарӣ кунанд. Он пешниҳод мекунад, ки тавассути эволютсия зиндагӣ дар ҷаҳони РНК ба давраи ДНК ва сафедаҳо роҳ додааст, зеро ДНК нисбат ба РНК устувортар ва пойдортар аст.

Дар тадқиқоти ҷорӣ, ки дар нашр шудааст Табиат, муҳаққиқон шароитҳоро дар Замини санглох бо ҳавзҳои набуда дар лаборатория тақлид карданд. Онҳо моддаҳои кимиёвиеро, ки РНК-ро дар об ташкил медиҳанд, ҳал карданд, сипас хушк карданд ва гарм карданд, сипас ба шуоъҳои офтобии барвақт бо таъсири радиатсияи ултрабунафш тақлид карданд.

Дар ин рекреатсияи геохимияи барвақти Замин, миёнаравҳо дар синтези ду блоки сохтмонии РНК ҳамзамон ба ду блоки сохтмонии ДНК табдил ёфтанд.

Ин аввалин намоиши он аст, ки миқдори оқилонаи алифбои генетикӣ, ки аз чаҳор блоки сохтмонӣ иборат аст, ду барои РНК ва ду барои ДНК, ки эҳтимолан барои рамзгузории ҳаёти барвақт кифоя буд, ки нисбат ба зиндагии имрӯза хеле камтар мураккабтар буд. Заминҳои ибтидоӣ.

Профессор Ҷон Сазерленд аз Лабораторияи биологияи молекулярии MRC, ки ба ин кор роҳбарӣ мекард, мегӯяд: "Гипотезаи ҷаҳонии РНК нишон медиҳад, ки ҳаёт аз РНК оғоз шудааст, пеш аз он ки ба даст овардани генетикӣ бо ҷалби механизмҳои ибтидоии биосинтетикӣ ва интихоби табиӣ ба ДНК оварда шавад."

"Кори мо нишон медиҳад, ки дар шароите, ки ба ҳавзҳо ва кӯлҳои ибтидоии набуда мувофиқ аст, як системаи генетикии омехта бо блокҳои сохтмонии РНК ва ДНК дар субҳи ҳаёт вуҷуд дошт. Ин чизест, ки бисёр одамон фикр мекунанд, шарти асосии пайдоиши стихиявии ҳаёт дар рӯи замин ».

Таҷрибаҳои гурӯҳ барои тақлид кардани геохимияи аввали Замин нишон доданд, ки чаҳор блоки бинои ДНК ва РНК метавонанд аз ҳамон реагентҳо ва шароит ба вуҷуд оянд. Онҳо цитидин ва уридин, ду блокҳои сохтмонии РНК ва дезоксиаденозинро, ки яке аз ДНК мебошанд, истеҳсол карданд. Дезоксиаденозин қисман ба дезоксинозин табдил дода шуд, ки метавонад нақши як блоки дигари бинои ДНК -ро гирад.

They believe that these four building blocks may have coexisted before life evolved and were the beginnings of a primitive genetic alphabet.

Professor Sutherland adds: "The nucleic acids, RNA and DNA, are clearly related and this work suggests that they both derive from a hybrid ancestor, rather than one preceding the other."

"Since genetic information always flows from nucleic acids to proteins, and never in reverse—a principle called the 'central dogma' of molecular biology by Francis Crick—we now need to uncover how the information which can be stored and purveyed by these nucleic acids could have been first used to make to proteins."

Understanding the chemical origins of life is a fundamental aspect of natural science, and can inform the design of future synthetic biology.

Dr. Megan Dowie, head of molecular and cellular medicine at the MRC commented: "This study shows that blue skies research can reveal fascinating insights into how the very beginnings of life may have emerged, and demonstrates the importance of supporting fundamental research. These underpinning discoveries in the life sciences could enable exciting future strategies for artificial biology."


Selected list of molecular machines:

I. Molecular Machines that Scientists Have Argued Show Irreducible Complexity

1. Bacterial Flagellum: The flagellum is a rotary motor in bacteria that drives a propeller to spin, much like an outboard motor, powered by ion flow to drive rotary motion. Capable of spinning up to 100,000 rpm, 13 one paper in Тамоюлҳо дар микробиология called the flagellum “an exquisitely engineered chemi-osmotic nanomachine nature’s most powerful rotary motor, harnessing a transmembrane ion-motive force to drive a filamentous propeller.” 14 Due to its motor-like structure and internal parts, one molecular biologist wrote in the journal Ҳуҷайра, “[m]ore so than other motors, the flagellum resembles a machine designed by a human.” 15 Genetic knockout experiments have shown that the E. coli flagellum is irreducibly complex with respect to its approximately 35 genes. 16 Despite the fact that this is one of the best studied molecular machines, a 2006 review article in Баррасии табиат Микробиология admitted that “the flagellar research community has scarcely begun to consider how these systems have evolved.” 17

2. Eukaryotic Cilium: The cilium is a hair-like, or whip-like structure that is built upon a system of microtubules, typically with nine outer microtubule pairs and two inner microtubules. The microtubules are connected with nexin arms and a paddling-like motion is instigated with dynein motors. 18 These machines perform many functions in Eukaryotes, such as allowing sperm to swim or removing foreign particles from the throat. Michael Behe observes that the “paddling” function of the cilium will fail if it is missing any microtubules, connecting arms, or lacks sufficient dynein motors, making it irreducibly complex. 19

3. Aminoacyl-tRNA Synthetases (aaRS): aaRS enzymes are responsible for charging tRNAs with the proper amino acid so they can accurately participate in the process of translation. In this function, aaRSs are an “aminoacylation machine.” 20 Most cells require twenty different aaRS enzymes, one for each amino acid, without which the transcription/translation machinery could not function properly. 21 As one article in Cell Biology International stated: “The nucleotide sequence is also meaningless without a conceptual translative scheme and physical ‘hardware’ capabilities. Ribosomes, tRNAs, aminoacyl tRNA synthetases, and amino acids are all hardware components of the Shannon message ‘receiver’. But the instructions for this machinery is itself coded in DNA and executed by protein ‘workers’ produced by that machinery. Without the machinery and protein workers, the message cannot be received and understood. And without genetic instruction, the machinery cannot be assembled.” 22 Arguably, these components form an irreducibly complex system. 23

4. Blood clotting cascade: The blood coagulation system “is a typical example of a molecular machine, where the assembly of substrates, enzymes, protein cofactors and calcium ions on a phospholipid surface markedly accelerates the rate of coagulation.” 24 According to a paper in BioEssays, “the molecules interact with cell surface (molecules) and other proteins to assemble reaction complexes that can act as a molecular machine.” 25 Michael Behe argues, based upon experimental data, that the blood clotting cascade has an irreducible core with respect to its components after its initiation pathways converge. 26

5. Ribosome: The ribosome is an “RNA machine” 27 that “involves more than 300 proteins and RNAs” 28 to form a complex where messenger RNA is translated into protein, thereby playing a crucial role in protein synthesis in the cell. Craig Venter, a leader in genomics and the Human Genome Project, has called the ribosome “an incredibly beautiful complex entity” which requires a “minimum for the ribosome about 53 proteins and 3 polynucleotides,” leading some evolutionist biologists to fear that it may be irreducibly complex. 29

6. Antibodies and the Adaptive Immune System: Antibodies are “the ‘fingers’ of the blind immune system—they allow it to distinguish a foreign invader from the body itself.” 30 But the processes that generate antibodies require a suite of molecular machines. 31 Lymphocyte cells in the blood produce antibodies by mixing and matching portions of special genes to produce over 100,000,000 varieties of antibodies. 32 This “adaptive immune system” allows the body to tag and destroy most invaders. Michael Behe argues that this system is irreducibly complex because many components must be present for it to function: “A large repertoire of antibodies won’t do much good if there is no system to kill invaders. A system to kill invaders won’t do much good if there’s no way to identify them. At each step we are stopped not only by local system problems, but also by requirements of the integrated system.” 33

II. Additional Molecular Machines

7. Spliceosome: The spliceosome removes introns from RNA transcripts prior to translation. According to a paper in Ҳуҷайра, “In order to provide both accuracy to the recognition of reactive splice sites in the pre-mRNA and flexibility to the choice of splice sites during alternative splicing, the spliceosome exhibits exceptional compositional and structural dynamics that are exploited during substrate-dependent complex assembly, catalytic activation, and active site remodeling.” 34 A 2009 paper in PNAS observed that “[t]he spliceosome is a massive assembly of 5 RNAs and many proteins” 35 —another paper suggests “300 distinct proteins and five RNAs, making it among the most complex macromolecular machines known.” 36

8. F0Ф1 ATP Synthase: According to cell biologist and molecular machine modeler David Goodsell, “ATP synthase is one of the wonders of the molecular world.” 37 This protein-based molecular machine is actually composed of two distinct rotary motors which are joined by a stator: As the F0 motor is powered by protons, it turns the F1 motor. This kinetic energy is used like a generator to synthesize adenosine triphosphate (ATP), the primary energy carrying molecule of cells. 38

9. Bacteriorhdopsin: Bacteriorhodopsin “is a compact molecular machine” that uses that sunlight energy to pump protons across a membrane. 39 Embedded in the cell membrane, it consists of seven helical structures that span the membrane. It also contains retinal, a molecule which changes shape after absorbing light. Photons captured by retinal are forced through the seven helices to the outside of the membrane. 40 When protons flow back through the membrane, ATP is formed.

10. Myosin: Myosin is a molecular motor that moves along a “track”—in this case actin filaments—to form the basis of muscle movement or to transport cargoes within the cell. 41 Muscles use molecular machines like myosin to “convert chemical energy into mechanical energy during muscle contraction.” 42 In fact, muscle movement requires the “combined action of trillions of myosin motors.” 43

11. Kinesin Motor: Much like myosin, kinesin is a protein machine that binds to and carries cargoes by “crawl[ing] hand-over-hand along a microtubule” in the cell. 44 Kinesins are powerful enough to drag large cellular organelles through the cell as well as vesicles or aid in assembly of bipolar spindles, or depolymerization of microtubules. 45

12. Tim/Tom Systems: Tim or Tom systems are selective protein pump machines that import proteins across the inner (Tim) and outer (Tom) membranes of mitochondria into the interior matrix of the mitochondria. 46

13. Calcium Pump: The calcium pump is an “amazing machine with several moving parts“ that transfers calcium ions across the cell membrane. It is a machine that uses a 4-step cycle during the pump process. 47

14. Cytochrome C Oxidase: Cytochrome C Oxidase qualifies as a molecular machine “since part of the redox free energy is transduced into a proton electrochemical gradient.” 48 The enzyme’s function is to carefully control the final steps of food oxidation by combining electrons with oxygen and hydrogen to form water, thereby releasing energy. It uses copper and iron atoms to aid in this process. 49

15. Proteosome: The proteosome is a large molecular machine whose parts must be must be carefully assembled in a particular order. For example, the 26S proteosome has 33 distinct subunits which enable it to perform its function to degrade and destroy proteins that have been misfolded in the cell or otherwise tagged for destruction. 50 One paper suggested that a particular eukaryotic proteasome “is the core complex of an energy-dependent protein degradation machinery that equals the protein synthesis machinery in its complexity.” 51

16. Cohesin: Cohesin is molecular machine “multisubunit protein complex” 52 and “a macromolecular complex that links sister chromatids together at the metaphase plate during mitosis.” 53

17. Condensin: Condensin is a molecular machine that helps to condense and package chromosomes for cell replication. It is a five subunit complex, and is “the key molecular machine of chromosome condensation.” 54

18. ClpX: ClpX is a molecular machine that uses ATP to both unfold proteins and then transport unfolded proteins into another complex in the cell. It moves these proteins into the ClpP complex. 55

19. Immunological Synapse: The immunological synapse is a molecular machine that serves as an interface to activate of T cells. Once an immunological synapse is completely formed, T Cells are activated and proliferate, sparking key part of the immune response. 56

20. Glideosome: The glideosome is a “macromolecular complex” and an “elaborate machine” 57 whose function is to allow protozoa to rely on gliding motility over various substrates.

21. Kex2: Kex2 is a molecular machine that facilitates cell fusion during the mating of yeast it likely works by degrading cell walls. 58

22. Hsp70: Hsp70 is one of many molecular machines that serve as chaperones that not only assist other proteins in reaching a proper functional conformation (i.e. proper folding) but also helping them to be transported to the proper location in the cell. 59

23. Hsp60: Hsp60 is another chaperone machine – it is tailored to provide “an enclosed environment for folding proteins which totally protects them as they fold.” 60 It is composed of multiple proteins which form a barrel shaped structure with a cap. 61 Once an unfolded protein is inside, it can fold properly.

24. Protein Kinase C: Protein Kinase C is a molecular machine that is activated by certain calcium and diacylglycerol signals in the cell. It thus acts as an interpreter of electrical signals, as one paper in Ҳуҷайра wrote: “This decoding mechanism may explain how cPKC isoforms can selectively control different cellular processes by relying on selective patterns of calcium and diacylglycerol signals.” 62

25. SecYEG PreProtein Translocation Channel: The SecYE complex is vital to the operation of “translocation machinery” which works to move molecules across membranes in the cell. 63

26. Hemoglobin: Molecular machine modeller David Goodsell observes that “Hemoglobin is a remarkable molecular machine that uses motion and small structural changes to regulate its action.” 64 Hemoglobin uses iron within its protein structure to carry oxygen from the lungs to the rest of the body through the blood.

27. T4 DNA Packaging Motor: The T4 DNA is one of various packaging motors that are “powerful molecular motors” which emplace viral genomes into capsules called procapsids. 65 Once viral genome packaging is complete, “the DNA packaging motor is released and the separately assembled tail is attached to produce the mature infectious viral particle.” 66

28. Smc5/Smc6: Smc5/Smc6 is a complex machine that is involved with the structural maintenance of chromosomes with regards to cohesions and condensins, 67 and works to remove cohesin from damaged chromosomes prior to chromosomal separation, 68 and may also work to repair and untangle DNA. 69

29. Cytplasmic Dynein: Cytplasmic dynein is a machine involved with cargo transport and movement cell that functions like a motor with a “power stroke.” 70 In particular, it transports nuclei in fungi and neurons in mammalian brains. 71

30. Mitotic Spindle Machine: The mitotic spindle is a highly dynamic self-assembling complex molecular machine composed of tubulin, motors, and other molecules which assembles around the chromosomes and segregates them into daughter cells during mitosis. 72

31. DNA Polymerase: The DNA polymerase is a multiprotein machine that creates a complementary strand of DNA from a template strand. 73 The DNA polymerase is not only the “central component of the DNA replication machinery,” 74 but it “plays the central role in the processes of life,” 75 since it is responsible for the copying of DNA from generation to generation. During the polymerization process, it remains tethered to the DNA using a protein-based sliding clamp. 76 It is extremely accurate, making less than one mistake per billion bases, aided by its ability to proofread and fix mistakes. 77

32. RNA Polymerase: Like its DNA polymerase counterpart, the function of the RNA polymerase is to create a messenger RNA strand from a DNA template strand. Called “a huge factory with many moving parts,” 78 it is a “directional machine and, indeed, as a molecular motor” where it functions “as a dynamic, fluctuating, molecular motor capable of producing force and torque.” 79

33. Kinetochore: The kinetochore is a “proteinaceous structure that assembles on centromeric chromatin and connects the centromere to spindle microtubules.” 80 Called a “macromolecular protein machine,” 81 it is composed of over 80 protein components 82 it aids in separating chromosomes during cell division.

34. MRX Complex: The MRX complex forms telomere length counting machinery that measures the integrity of telomeres, the structures that protect the ends of eukaryotic chromosomes. Properly measuring telomere length is vital to ensure proper cell lifetime and genome stability. 83 Yeast use the MRX complex via a “’protein-counting’ mechanism whereby higher numbers of proteins bound by a longer telomere repeat tract ultimately inhibit telomerase activity at that particular telomere.” 84

35. Apoptosome / Caspase: While many molecular machines keep a cell alive, there are even machines that are programmed to cause cell death, or apoptosis. Cell death must be carefully timed so that cells die when they need to be replaced. According to David Goodsell, “Caspases are the executioners of apoptosis,” and they work by destroying specific proteins in the right order so as to “disassemble the cell in an orderly manner.” 85 Caspases can be part of a “death machine” called the apoptosome, 86 a molecular machine which receives signals indicating cellular stress and then initiates cell death, including activity of caspases.

36. Type III Secretory System: This machine, often called the T3SS, is a toxin injection machine used by predatory bacteria to deliver deadly toxins into other cells. 87 It is composed of subunits that are machines, such as the injectisome nanomachine. 88

37. Type II Secretion Apparatus: The T2SS is a complex nanomachine that translocates proteins across the outer membrane of a bacterium. 89

38. Helicase/Topoisomerase Machine: The helicase and topoisomerase machines work together to properly unwrap or unzip DNA prior to transcription of DNA into mRNA or DNA replication. 90 Topoisomerase performs this function by cutting one DNA strand and then holding on to the other while the cut strand unwinds. 91

39. RNA degradasome: The RNA degradasome “multiprotein complex involved in the degradation of mRNA” 92 or trimming RNAs into their active forms 93 in E. coli бактерияҳо Its large size “would readily qualify [it] as a supramolecular machine dedicated to RNA processing and turnover.” 94

40. Photosynthetic system: The processes that plants use to convert light into chemical energy a type of molecular machines. 95 For example, photosystem 1 contains over three dozen proteins and many chlorophyll and other molecules which convert light energy into useful energy in the cell. “Antenna” molecules help increase the amount of light aborbed. 96 Many complex molecules are necessary for this pathway to function properly.


What is a Genetic Code

The genetic code is the set of rules by which the genetic information is encoded within the genome. The genes of the genome are made up of a series of nucleotides that can be grouped into codons. The genetic code links the set of codons within a particular gene into either the amino acid set of the polypeptide chain of a protein or the RNA codon sequence of functional RNA molecules such as tRNA and rRNA. The genetic code consists of sixty-four codons that represent unique amino acids that are involved in protein synthesis. Рамзи генетикӣ, ки 20 кислотаи аминокислотаро нишон медиҳад, дар зер нишон дода шудааст рақам 1.

Расми 1: Кодекси генетикӣ

Degeneracy is one of the significant features of the genetic code. Ин маънои онро дорад, ки як кислотаи аминокислота метавонад бо зиёда аз як кодон муаррифӣ карда шавад. The genetic code does not overlap a single nucleotide cannot be a part of two adjacent codons, and the genetic code is nearly universal.


A Stunning New Illustration of Intelligent Design in the Cell: Video Reveals Fantastically Sophisticated Molecular Machines

Known for its advocacy of intelligent design, Discovery Institute has released a dramatic new three-minute video revealing what could be the most visually stunning molecular machines in cells, called kinesins. The animation provides a new presentation of evidence for intelligent design at the cellular level.

"It’s one thing to tell someone, ‘Hey, kinesins are key transport proteins within the cell.’ It’s another matter entirely to show them, which is what this video does so beautifully," says philosopher of biology Paul Nelson. "For some very deep reason, our perception of function is powerfully enhanced by being able to visualize the design that exists in nature. One picture is worth a thousand syllogisms. No one who sees a kinesin in action can forget what they’ve seen."

The original animation by Light Productions brings to life these masterpieces of microengineering. Kinesins are motorized transport machines that move cellular materials to their correct locations so that they can perform their functions. Kinesins have two feet, or "globular heads," that literally walk, one foot over another. Known as the "workhorses of the cell," kinesins can carry cargo many times their own size.

The video, titled "The Workhorse of the Cell: Kinesin," is the third in Discovery Institute’s series on molecular machines as evidence for design in nature. The first in the series, "Journey Inside the Cell," has over half a million views on YouTube. It shows how the digital information encoded in DNA directs protein synthesis in the cell. The second, an animation of ATP synthase molecular machinery, has accrued over 70,000 views since its release last year.

"I open my cell biology course with a video on the cell, and the kinesin molecule is always the star of the show," said Ralph Seelke, professor of microbial genetics at the University of Wisconsin, Superior. "Discovery Institute’s video shows it in its full glory and the inference of design is very strong."

"Congratulations to Discovery Institute," said Tobias A. Mattei, a neurosurgeon at InvisionHealth. "As an epitome of the remarkable set of high-efficiency intracellular machinery, kinesin constitutes another example of the delicate and fine-tuned balance required for sustaining even the simplest living forms."


Иқтибосҳо

Burge, C. B., Tuschl, T. & Sharp, P. A. in The RNA World 2nd edn (eds Gesteland, R. F., Cech, T. R. & Atkins, J. F.) 525–560 (Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1999).

Gerasimova, T. I., Gdula, D. A., Gerasimov, D. V., Simonova, O. & Corces, V. G. Ҳуҷайра 82, 587–597 (1995).

Gerasimova, T. I. & Corces, V. G. Ҳуҷайра 92, 511–521 (1998).

Buchner, K. et al. Генетика 155, 141–157 (2000).

Adams, M. D. et al. Science 287, 2185–2195 (2000).

Agabian, N. Ҳуҷайра 61, 1157–1160 (1990).

Caudevilla, C. et al. Прок. Натл Акад. Илм. ИМА 95, 12185–12190 (1998).

Harvey, A. J., Bidwai, A. P. & Miller, L. K. Мол. Ҳуҷайра. Биол. 17, 2835–2843 (1997).

Burge, C. B. & Karlin, S. Курр. Андеша. Сохтор. Биол. 8, 346–354 (1998).


Видеоро тамошо кунед: DENISMPAGAZE..MJUE IDD AMIN NA HISTORIA YAKE KWA UJUMLADenis Mpagaze u0026 Ananias Edgar (Феврал 2023).