,
Центральная догма молекулярной биологии или куда смотреть, чтобы увидеть синтез белка
Меня всегда вдохновляли идеальные системы синтеза белков, считывания ДНК, получения энергии, работы мышц. До настоящего времени, чтобы понять все эти механизмы, ученым приходилось проводить множество экспериментов, с разных сторон подтверждающих, что все происходит именно так, а не иначе. На руках были результаты ПЦР, радиоактивные метки и, в лучшем случае, фотографии хромосом, ДНК с электронного микроскопа. Но в отношении работы маленьких белков все было намного сложнее.
В ноябре 2010 года в журнале Nature вышла статья, в которой японские исследователи показывают новый способ следить за белками в реальном времени — high-speed atomic force microscopy (AFM). Они изучали, как движется миозин V (транспортный белок, переносящий «грузы» из одной части клетки в другую) по молекуле актина (структурный белок, «распорка», помогающая клетке поддерживать форму). Теоретические знания на эту тему уже были, но нет ничего правдивее видео. Видно плохо, но можно разглядеть толстую желтую линию — актин, и «гусеницу» — миозин V. Вот так выглядит этот процесс в 3D:
Шаг «гусеницы»-миозина V — от 2 до 36 нм. И это происходит в части наших клеток прямо сейчас, и намного быстрее, чем на видео!
ДНК состоит из двух слипшихся цепочек нуклеотидов. Их всего 4 варианта: аденин, тимин, цитозин, гуанин. Они последовательно расположены на цепи ДНК, и их порядок — и есть код, информация, которая нужна чтобы синтезировать белок. Но белок синтезируется снаружи ядра, поэтому нужен переносчик кода, РНК. РНК — это результат считывания гена — конкретного участка ДНК. Поэтому РНК — это короткая копия ДНК, которая несет последовательность нуклеотидов — «букв» — наружу. Для того, чтобы ген считался, нужно, чтобы специальные белки пометили его начало и конец. Когда это сделано, фермент (полимераза) может «бежать» по ДНК и делать ее копию (РНК) из плавающих вокруг нуклеотидов. Тут работает принцип подходит-не подходит. Аденин слипается с тимином, а гуанин — с цитозином. Получается, что РНК —это «негатив» ДНК: там, где на ДНК гуанин, на РНК — цитозин. Ген закончился, РНК считалась и поплыла наружу из ядра клетки. Снаружи к РНК прицепляется рибосома, она помогает сопоставлять последовательность «букв» с аминокислотами, из которых строится белок. Это как считывание любой цифовой информации: из 010111 на экране компьютера получается А, а из стоящих подряд CGC (цитозин-гуанин-цитозин) — аминокислота аргинин. Для сопоставления берутся по три подряд стоящих нуклеотида. Их последовательность — код — определяет, какая аминокислота подставляется к формирующемуся белку. Вот видео этого процесса:
Механика, в общем, не очень сложна, потому что идеальна. Мне кажется, что такая маленькая фабрика, которая работает в каждой клетке нашего организма в каждый момент времени — это очень захватывающе.
