В ДНК белки зашифрованы в виде последовательностей нуклеотидов. Нуклеотиды это органические соединения: Аденин, Гуанин, Цитозин и Тимин (А, Г, Ц, Т).
В РНК вместо тимина находится урацил. Аминокислоты кодируются последовательностью трёх нуклеотидов, например: Гуанин, Гуанин, Цитозин (ГГЦ), пример этой комбинации нуклеотидов называется аминокислота Глицин.
Если взять четыре нуклеотида и собрать все комбинации по три, получится 64 комбинации. Из которых 61 комбинация кодирует аминокислоты и ещё 3 комбинации это стоп-кодоны, которые останавливают в системе копирование ДНК.
При делении клеток копируется ДНК, то есть, последовательность нуклеотидов, и другой клетке передаётся последовательность аминокислот прежнего организма, а так же информация обо всех белках.
ДНК это двойная цепочка, которую при копировании разделяет специальный фермент на две цепочки, далее к цепочкам достраиваются пары, что в итоге даёт две новые ДНК.
Перенос информации с ДНК на РНК называется транскрипцией. РНК это переносчик информации от ДНК к клетке, на ней копируется часть информации от ДНК, и по этой информации клетка в итоге понимает, каким образом ей работать.
Белки могут выступать, в том числе в роли ферментов, которые катализируют реакции. Ферменты могут разъединять соединённые белки и соединять разъединённые.
Белки стыкуются и передают информацию.
Ферменты соединяют и разрывают белки.
Информация всегда передаётся от ДНК к белку по следующему алгоритму:
от ДНК к РНК.
от РНК к белку.
Этот алгоритм показывает главенствование ДНК в организме.
При копировании ДНК иногда происходят ошибки при копировании последовательности нуклеотидов, что приводит к мутациям8.
Молекулярная биология описывает следующие виды мутаций:
Точечная мутация это мутация, при которой одна буква последовательности нуклеотидов случайно меняется на другую. В этом случае белок может немного измениться, и он начнёт работать менее качественно;
Делеция это мутация, при которой у предыдущей комбинации теряется и примыкает к следующей одна буква, что полностью меняет последующий код.
Инсерция это мутация, при которой дублируется одна буква и весь код изменяется.
Мутация в гене, которая на 0,5% повышает способность особи размножаться, позволяет этому гену распространиться по всей популяции.
Таким образом, идея естественного отбора в эволюции сочетается с идеей способности гена распространяться при мутации по всей популяции. Это объясняет закономерности эволюции и с точки зрения молекулярной биологии.
Когда незначительная мутация какого-либо белка повысит репродуктивность особи на 1,5%, то через некоторое время новая версия гена распространится по всей популяции.
При помощи белков гены задают организмам их признаки: рога, клыки, лепестки, почки и другие.
Редко, когда один ген идёт сразу же за другим геном, обычно между ними на ДНК находятся длинные отрезки. Эти отрезки не кодируют белки и многие считают их «мусорным» ДНК. При этом ДНК на 95% состоит из этих некодирующих отрезков.
Оказывается, эти 95% это не мусор, а инструкция о том, когда активировать ген, это система переключателей, которые включают и выключают ген.
Таким образом, в ДНК строго за последовательностью гена следует информация, которая задаёт процессы активации этого гена.
Значит, цепочки ДНК это не отправные точки догмы жизни, потому что:
ДНК подчиняется правилам;
Гены подчиняются правилам;
95% ДНК это инструкции-правила для работы генов.
ДНК сама по себе не знает, что она делает. ДНК это конструктор, который подчиняется разным факторам. ДНК могут управлять внешние регуляторы, например, белок особой формы, который, попадая в участок ДНК с инструкцией, образно нажимает на переключатель и начинает процесс транскрипции гена.
Кто же управляет этими белками, которые нажимают эти переключатели?
В клетке есть среда, которая, когда, например, у клетки кончается энергия, и белок активирует один из факторов транскрипции, то он связывается с рядом переключателей, производящим другие белки, которые занимаются ускорением, поглощающим энергию структуры клетки. Здесь среда регулирует генетические эффекты. Среда регулирует деятельность генов в ДНК, а сами гены не знают, что они делают. Понятие среды может выходить далеко за пределы клетки. Пример того, как среда внутри организма включает транскрипцию гена в клетке, можно увидеть в гормональной регуляции. Когда химическое сообщение приходит извне клетки и связывается со своими рецепторами, как ключ и замок, то в результате этой связки начинается транскрипция внутри клетки.
Это краткое описание того, как работают гормоны, свободно перемещаясь внутри организма и воздействуя на клетки по всему телу.
Большинство гормонов по своей природе это белки, которые запускают программы передачи сигналов, активируя или деактивируя какой-либо фактор транскрипции в гене.
Влияние окружающей среды вокруг организма на процессы, происходящие внутри организма это когда какое-либо воздействие в виде сенсорной информации через органы чувств: зрение, слух, ощущения, приходит по каналам восприятия из внешнего мира.
Так, события, происходящие во внешнем мире, регулируют происходящее в генах.
Поскольку 95% ДНК это инструкция к гену, то самое интересное не то, как эффективно ген что-то делает, а то, когда и при каких условиях он это делает.
Забегая вперёд, намекну, что мы разобрали ещё одну силу, которая нас будет интересовать в следующей части это правило «Если То». Если поступает сигнал, например, о низком уровне глюкозы в клетке, то начинается производство белка, отвечающего за поглощение глюкозы из крови. Если по каналам восприятия, например, через ощущения поступает резкий и неприятный запах из окружающей среды, то активируются ещё какие-либо процессы, связанные с реагированием на этот запах.
Воздействие из окружающей среды не меняет сам белок, оно меняет контекст «Если-То», и позже мы увидим, что гораздо интереснее контекст, чем форма белка.
Мы увидели, каким образом молекулярная биология объясняет феномен жизни, благодаря свойствам макромолекул ДНК, в которой зафиксирована структура генов и белков, активность которых обеспечивает жизнь организмов на молекулярном уровне.
Также мы рассмотрели ряд уровней регуляции:
Ферменты определяют, какие белки производятся;
Факторы транскрипции включают и выключают гены;
Факторы транскрипции отражают события внешнего мира.
Помнишь выражение в книгах или фильмах о магии, которое наверняка Тебе попадалось: «Что внутри, то и снаружи»? Вот и представь себе, насколько точное это выражение.
В науке, изучающей молекулярную биологию, мы кратко и обобщённо рассмотрели основные принципы внутриклеточной работы живых организмов, и нашли силы, интересующие нас для понимания и этих процессов, в том числе регулирующих и формирующих поведение у живых организмов.
Эти силы:
Гены, как информация, которая кодирует белки;
Белки, как рабочая сила, выстраивающая все системы в живых организмах;
Взаимовлияние генов и белков друг на друга.
Это всё сложные, но важные процессы. Необходимо осознать то, что и гены, и белки влияют друг на друга, организовывая живой организм в систему, которая работает и у которой есть поведение.
Силы, знанием о которых мы будем пользоваться, которые организовывают взаимовлияние гена и белка друг на друга, далее мы будем называть силами биомолекул.
Силы окружающей среды