Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok VIII; No 1713

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

Jedno zdumienie dziennie...

Palindromy biochemiczne. 
(palindromy cz. 2) 
(poprz)

Teraz już wiadomo na pewno, że wszystkie znane nam procesy życiowe, przynajmniej na naszej ziemi, oparte są na egzekwowaniu informacji zawartej w kwasach nukleinowych (DNA, RNA) i realizowanych w białkach, przy tym rola białek enzymatycznych jest absolutnie podstawowa. Z informacyjnego punktu widzenia nitki DNA, RNA czy białka są niczym innym niż tekstem złożonym z zasad nukleinowych czy aminokwasów. Jak w każdym tekście, poszczególne literki, wyrazy czy zdania mogą ulec deformacji czy zniszczeniu przekształcając czy wręcz uniemożliwiając przekazywanie informacji i funkcjonowanie łańcucha informacyjnego. A na czynniki mogące zniszczyć łańcuch informacyjny 'biologiczne teksty' narażone są od miliardów lat, jak tylko zaczęły funkcjonować kwasy nukleinowe w organizmach żywych. Promienie jonizujące, promienie ultrafioletowe, czynniki chemiczne i fizyczne bez przerwy ingerowały w skuteczność przepływu strumienia informacji. Oczywiście nikt nie może powiedzieć kiedy dokładnie życie zaczęło bazować na kwasach nukleinowych. Sądzić jednak można, że pierwociny życia zjawiły się na ziemi dobrze ponad trzy i pół miliarda lat temu i nie mogło się to dziać bez przekazywania informacji. Nie znamy innych naturalnych systemów informacyjnych które by mogły spełniać funkcję nośników informacji w organizmach żywych, jak tylko wyżej wymienione. Oczywiście dla zachowania życia istotna jest niezawodność przepływu informacji z jednego etapu procesu biochemicznego na inny etap jak i z pokolenia na pokolenie. 
Najprostszym sposobem zabezpieczenia się przed przypadkowymi, losowymi uszkodzeniami jest dysponowanie odpowiednią liczba poprawnych kopii tekstu. Prawdopodobieństwo zajścia uszkodzeń w tym samym miejscu tekstu w różnych kopiach jest znakomicie zmniejszone. I z tego skorzystała przyroda. Genom nosi w sobie kopie najważniejszych informacji. I tu najbardziej zdumiewający jest fakt, że do tego celu zostały wykorzystane palindromy. Być może oprócz przetrzymywania 'żelaznych kopii' informacji, fakt że palindrom zawiera to samo, ale ułożone w innej kolejności, chroni to go przed czynnikami uszkadzającymi 'polującymi' na określone sekwencje nukleotydów (moja deliberacja). 
Mamy więc jak najbardziej praktyczne, niezabawowe wykorzystanie palindromów o kardynalnym znaczeniu dla całego świata żywego. 

Przykładowo palindrom genetyczny przedstawić można w następujący sposób. Wyobraźmy sobie, że mamy nitkę nukleinową o sekwencji:
       TCTTGACATTACAGTTCT  
Jeśli w połowie tego słowa nastąpi  zagięcie i druga połowa nałoży się na na swą poprzedniczkę, powstanie układ zachowujący jednak ciągłość
       TCTTGACAT   
       TCTTGACAT   
i na tym zafałdowanym odcinku każdy nukleotyd sąsiaduje z takim samym nukleotydem na tej samej nitce DNA. Ale nie tylko o fałdowanie tu chodzi.
Jeśli w z jakiegoś powodu w nitce wyjściowej nastąpi uszkodzenie przez wyrzucenie jakiejś literki lub jej 'nieczytelność', palindrom straci swoją symetrię: 

W zafałdowanej postaci będzie to:  

       TCTTGACAT
       TCTZGACAT

Może to nastąpić przez niekontrolowane zmiany chemiczne, promieniowanie jonizujące, trucizny itp. ( mówimy wtedy o mutacji). Ale nic straconego. Jeżeli jeden z tych ciągów poprawnie reprezentuje gen, może nastąpić naprawa. 
Zajść może teraz reperacja uszkodzenia przez wzięcie poprawnej wersji jako wzorca. (Skąd organizm wie, co jest wersją poprawną, a co uszkodzoną, w przypadku kiedy nastąpi tylko podstawienie jednego nukleotydu innym, a nie uszkodzenie, tego ja nie wiem. Ale pewnie genetyce wiedzą. Z 'nieświadomości' wyboru powstawać zapewne mogą różne mikromutacje, czasem pożyteczne, zwykle nie. Ale to moje deliberacje.)

Szczegółowo przebadano występowanie i wykorzystywanie palindromowych kopii w chromosomie Y - odpowiedzialnym za drugorzędowe męskie cechy płciowe.

Palindromy genetyczne znaleziono w wielu układach biologicznych, być może właśnie one uzasadniające istnienie tzw 'junk DNA', a w każdym razie przyczyniają się do trwania rodu męskiego, o czym w następnej notce.

---------------------------

Biochemical palindromes
(Palindromes, part 2)  
[part 1 see here]  (up)

It is now established as certain that nearly all known life processes, at least on our globe, are based on the carrying out of information contained in nucleic acids (DNA, RNA) and realized in the proteins, with the role of enzyme proteins being absolutely fundamental. Considering these as information bearers, the DNA, RNA and protein threads are nothing other than a text made up of nucleic bases or aminoacids. As in any text, the individual letters, words, or sentences may be subject to deformation or destruction, thus transforming, or indeed rendering impossible the transfer of information and the functioning of the information chain. As soon as the nucleic acids began functioning in living organisms , the ‘biological texts’ became exposed for billions of years to factors which could destroy the information chain. Ionising radiation, ultraviolet rays, chemical and physical factors have ceaselessly interfered with the efficiency of the transfer of the information stream. No one can say, of course, exactly when life became based on nucleic acids. It can, however, be deduced that the beginnings of life on earth had occurred well over a three and half  billion years ago and could not take place without the transfer of information. We know of no other natural information systems which could fulfil the function of information carriers in living organisms than the above mentioned. The reliability of the transfer of information from one stage of the biochemical process to the next stage, and from one generation to the next, is of course essential for continuance of life.

The surest method of protecting against accidental and random damage is access to the appropriate number of correct copies of the text. The likelihood of damage occurring in the same location of the text in various copies is thus greatly reduced. Nature took advantage of this fact. The genome carries within itself copies of the most important information. And what is astounding is that palindromes have served to achieve this aim. It is possible that besides storing the ‘hard copies’ of the information, the fact that the palindrome contains the identical information, but arranged in another order, protects it against the damage factors ‘hunting’ for some specific sequence of nucleotides (my speculation).

We have here the most practical utilization of the palindrome – not as a game, but of cardinal importance for the entire living world.

As an example, a genetic palindrome can be presented as follows.

Let us assume, that there is a nucleic thread with the sequence:

TCTTGACATTACAGTTCT

If a ‘bend’ occurs in the middle of the above expression, and the second half is overlaid over the preceding one, the following arrangement will result, retaining its continuity:

TCTTGACAT
TCTTGACAT

and in this folded section every nucleotide adjoins the identical nucleotide on the same DNA thread. But the folding is not the only thing here.

If, for whatever reason, the original thread is damaged , e.g. by loss of a ‘letter’, or it becoming ‘illegible’, the palindrome will lose its symmetry:

In its ‘folded’ form this will become:

             TCTTGACAT
             TCTZGACAT

This may occur through uncontrolled chemical changes, ionizing radiation, poisons, etc. (and then we speak of mutation). But nothing is lost. If one of these sequences correctly represents the gene, an improvement may result. A repair of the damage may take place, through the choice of the corrected version as a pattern. (How the organism knows which is the correct version, and which is the damaged one, in a case when what happens is only the replacement of one nucleotide by another, and not damage to it, I do not know. But no doubt geneticists do. Various ‘micromutations’ may result from ‘ignorance’ in the making of a choice, sometimes useful, but usually not. (Again, this is my speculation)

What has been examined in detail is the performance and the exploitation of palindromic copies in the chromosome Y, which is responsible for secondary male characteristics.

[ill.]

Genetic palindromes have been located in many biological orders? arrangements?, and perhaps these substantiate the existence of the so-called ‘junk DNA’, and in any case they contribute to the survival of the male gender, about which more in the next note.

[QZE02::009][QEP50::274]
No: 1713; w sieci:8.5.2007