Czy DNA cokolwiek koduje?

07.09.2016 – 23:23

Już dawno nosiłam się z zamiarem wyjaśnienia czym tak naprawdę jest kod genetyczny i co (jeśli w ogóle) koduje DNA i czy tylko DNA. Wydawało mi się że ktoś mnie wyprzedził tutaj:
http://www.kwantowo.pl/2016/08/28/dlaczego-warto-znac-sie-na-szyfrach-dna-a-kod-genetyczny/
Jednakże po przeczytaniu tego wpisu nie jestem już o tym przekonana.

dna_sequence-svg

Bardzo nie podoba mi się ten wpis. To całe pisanie o skomplikowanym wszechświecie i zegarkach jest kompletnie zbędne i rozpraszające ale nie to jest najważniejsze (ok, czepiam się).

Zacznijmy od takiego cytatu:

“Do przekazania informacji zawsze potrzebujemy dwóch składników: danych oraz kodu.”

Jako informatyk nie do końca mogę się zgodzić że kod i dane to dwa składniki. Aby informacja mogła być przekazana musi być zapisana jakimś kodem. Kod bez informacji nie istnieje ani informacja bez kodu. Można powiedzieć, że informacja (dane) jest koniecznym elementem kodu i vice versa. Trudno tu coś wyodrębiać…ale w porządku – czepiam się.

Kolejny cytat:

“Same dane nie wystarczą, albowiem jeżeli napiszę na kartce kilka znaków i nie wyjaśnię Ci ich znaczenia (kodu), to nie będziesz w stanie wyciągnąć z nich jakiejkolwiek informacji.”

To że ktoś nie umie odczytać informacji nie znaczy że jej tam nie ma. Np. ja nie znam chińskiego ale wiem że znaki te niosą informację.

Dalej

“Modyfikacja szyfru (języka polskiego) nie miałaby najmniejszego sensu. Gdyby nagle zamienić znaczenie znaku M na T, widząc słowo M-A-M-A musielibyśmy rozumieć je jako T-A-T-A, a masa innych słów straciłaby całkowicie jakikolwiek sens.”

Tutaj widzimy dość kolące w oczy pomieszanie dwóch terminów – kod i szyfr – wbrew popularnemu użytkowi – nie są to synonimy. Kodem jest każdy, umowny zapis, niosący informację, można powiedzieć, że natura kodu ułatwia komunikację. Zaś szyfrem jest zapis mający na celu ograniczenie ilości odbiorców zdolnych do zapisania i odczytania informacji – tak więc szyfr utrudnia komunikację. Podczas gdy kod umożliwia komunikowanie się nawet dwóch martwych bytów – np. cząsteczek RNA i białek, albo przeglądarki internetowej i procesora to szyfr wymaga intencjonalnego działania – na końcu wszelkich procedur szyfrowania lub deszyfrowania znajduje się człowiek. Dlatego aby np. skorzystać z informacji zaszyfrowanej trzeba mieć deszyfrator, który nam ODSZYFRUJE informację. Co ciekawe, słowo TATA występuje w DNA bardzo często. ;)

Dalej, autor artykułu daje przykład, że jak zamienimy M na T w słowie mama to wyjdzie TATA. To nieprawda – jeśli użyjemy słowa tata by opisać rodzica płci żeńskiej to zakodujemy tę samą informację innym słowem – a więc zmieni się kod a informacja pozostanie ta sama. Zmienimy zapis ale znaczenie zostanie to samo – to nowe słowo nadal będzie oznaczać rodzica płci żeńskiej. Można też zrobić, że znak T wymawia się jak M, wtedy słowo zostanie to samo. Takie rzeczy się już zdarzały, np. “p” w języku polskim oznacza “p”, a w rosyjskim “r”, u nas “x” znaczy “x” a w rosyjskim “h”, “B” – u nas “B” a w rosyjskim “w”. Wiele słów w polskim i rosyjskim zapisuje się zupełnie inaczej, a czyta tak samo.

W DNA często spotykamy się z czymś, co można zobrazować przykładem słowa “was” – to słowo po polsku znaczy “was”, po angielsku “był/była/było”, a po niemiecku “co?”. Zapis jest ten sam ale interpretacja inna. Np. w jądrze komórkowym kodon AUA koduje aminokwas izoleucynę a w mitochondrium metioninę, w jądrze UGA to kodon “stop” – kończący syntezę białka a w mitochondrium – ta sama sekwencja znaków koduje tryptofan.

Tutaj dobrą analogią jest alfabet łaciński, który pozwala zakodować bardzo wiele różnych języków.

Rozpisałam sie, ale do czego zmierzam – same znaki ani ich kombinacje nie niosą żadnej informacji. Informacja pochodzi od interpretera – od osoby, która to czyta, czytając słowo “was” Polak, Niemiec i Anglik otrzymają inną informację. Tak więc to oni faktycznie kodują i dekodują informację – oni są interpreterami – warunkiem sine qua non zapisu oraz odczytu informacji nie jest kod ani szyfr tylko interpreter.

I tu nasuwa się ciekawe pytanie – czy DNA cokolwiek koduje? Czy jeśli zapiszę kartkę LOSOWO wybranymi ciągami znaków to coś zakoduję? Czy możne ktoś kto znajdzie tę kartkę i dogada się z kimś innym że ta znaki znaczą to a to będzie kodował? Informatyk odpowie, że zakodowanie zajdzie w tym drugim przypadku – interpreter odczyta te znaki i nada im znaczenie.

DNA jest właśnie taką kartką zapisaną losowymi ciągami znaków – losowymi gdyż wybranymi kompletnie przypadkowo w procesie ewolucji. Sama sekwencja DNA nie znaczy nic. Co w takim razie nadaje DNA sens? Co jest interpreterem? Otóż interpreterem są białka – aminoacylotransferazy – w całym procesie przepływu informacji tylko one są w stanie “świadomie” odczytać i zapisać sekwencję białka. Jak one to robią?

Zacznijmy od początku – replikacja DNA – to taki, w gruncie rzeczy, prosty proces – jeśli dany nukleotyd pasuje to jest przyłączany – tak więc polimeraza DNA nie musi niczego “odczytywać” – tak jak my – jesteśmy w stanie przepisać tekst napisany np. po francusku – nie znając w ogóle tego języka.

Dalej mamy transkrypcję – polimeraza RNA robi to samo – jak nukleotyd pasuje – tj. paruje się z DNA to jest wstawiany.

I dalej mamy translację – gdzie jeśli kodon na tRNA pasuje do mRNA to wstawiamy aminokwas.

Jak widać na żadnym etapie nie zachodzi proces “czytania ze zrozumieniem” przypomina to raczej prostą grę dla dzieci do lat trzech – gdzie jest pudełko z otworkami w kształcie różnych figur – i jeśli klocek pasuje kształtem to można go włożyć.

Do “świadomego” odczytu kodu genetycznego są zdolne wyłącznie aminoacylotransferazy – tylko one są w stanie “rozpoznać” konkretny tRNA z konkretnym antykodonem oraz konkretny aminokwas, który powinien być przyłączony do tego tRNA. Zmiana konkretnej aminoacylotransferazy, kompletnie zmieni znaczenie kodu DNA – ani jeden znak w jego sekwencji nie ulegnie zmianie ale zmieni się jednak interpreter. Wszystkie reguły pozostaną te same, ale informacja już będzie inna.

Warto wspomnieć, o tym kod DNA jest pozycyjny. Jeśli usuniemy jedną literę ze zdania “Ala ma kota” to wyjdzie nam, “Al ma kota” – czyli nadal to znaczyć że ktoś ma kota, jeśli w DNA dodamy lub usuniemy jakąś literę zdanie kompletnie straci swój pierwotny sens. Kod pozycyjny jest dużo bardziej podatny na degradację. To w sumie taka dygresja…choć nie do końca…

Kod jest sposobem zapisu informacji – sekwencja DNA może ale nie musi być kodem. Np. jeśli szukamy informacji o sekwencji białka to ok. 95% DNA nie zawiera takowej – mówimy wtedy – zgodnie z prawdą – iż ono nie koduje białek. Niekodujący DNA to lwia część całości genomu. Co za tym idzie nie każda sekwencja nukleotydów jest poematem – zależnie od interpretera może ona kodować białko, poemat albo dowcip albo nic. Np. AAAAA człowiek mówi jak się przewróci albo przerazi.

W każdym razie sekwencja nukleotydów + kod genetyczny nie równa się informacji. W DNA jest wiele sekwencji, które nie kodują żadnych białek, żadnych RNA i nie znaczą one nic – np. sekwencje telomerowe, które najprawdopodobniej służą tylko do tego by podczas replikacji właściwe sekwencje nie zostały uszkodzone.

“Dziecko to tylko kolorowy przykład. Opisany wyżej mechanizm jest absolutnie uniwersalny, gdyż w niemalże niezmienionej postaci, spotyka się go w prawie każdym żywym organizmie.”

To jest nieprawda i w ogóle aż gryzie w oczy – kod genetyczny różni się między organizmami, u bakterii jest inny – stąd pochodzące od bakterii chloroplasty i mitochondria mają inny kod. Zmiany te są dość znaczne – przykłady podałam wyżej. Do tego białko to nie tylko sekwencja aminokwasów ale też różnorodne modyfikacje, które są różne u różnych organizmów. Samo DNA może być modyfikowane tak ze kod genetyczny wykracza poza czwórkę zasad np. w drodze metylacji, co m. in. pozwala organizmowy odróżniać geny ojca od geny matki.

Z tymi dziećmi, z artykułu, jest jeszcze jeden problem – ewidentnie autor myli pojęcie genotypu i fenotypu. To takie myślenie dość staroświeckie – biorąc pod uwagę potranskrypcyjną kontrolę ekspresji genów i w ogóle całą epigenetykę – obecny stan wiedzy pozwala nam wnioskować że genotyp ma o wiele mniejszy wpływ na rezultat, w postaci określonego osobnika – fenotypu, niż się nam pierwotnie wydawało. Dlatego np. sklonowanie człowieka nie gwarantuje nawet że powstały osobnik będzie tak samo wyglądał, zwłaszcza jeśli to będzie kobieta (to jest temat na osobny artykuł). Bliźnięta jednojajowe – identycznie genetycznie – mogą różnić się osobowością czy zainteresowaniami, a jeśli będą one żyć w bardzo różnych środowiskach to też wyglądem – bo aktywują się inne geny.

Co do bzdurnych źródeł to obawiam się że mój artykuł może do nich dołączyć…

“Dzięki inżynierii genetycznej można do jednego organizmu przeszczepić kod genetyczny innego”

Paradoksalnie to prawda. Gdyby umieścić w genomie jądrowym gen aminoacylotransferazy tryptofanowej z mitochondrium to wszystkie białka, których RNA zawiera kodon UGA miałyby kompletnie inną sekwencję.

“Technika klonowania i rekombinowania pozwala na dowolną manipulację kodem genetycznym znajdującym się w probówce?”

Po odkryciu, potężnego mechanizmu edycji genomów nazywanego CRISPR…jestem skłonna się zgodzić.

Tak więc czy DNA coś koduje? Jak widać i tak i nie.

  1. 7 komentarzy to “Czy DNA cokolwiek koduje?”

  2. Ciekawy artykuł, nawet dowiedziałem się paru nowych rzeczy :-). Trafiłem tu z bloga Kwantowo. Dodaję do ulubionych, bo ciekawe notki piszesz.
    Pozdrawiam!

    Przez Lukasz dnia 10 Wrz 2016

  3. Rzeczywiście Twój artykuł rozwiał wiele wątpliwości i ten romantyzm z kwantowo był zupełnie zbędny. Szanuję za precyzję:)

    Przez pshx dnia 14 Wrz 2016

  4. @pshx Dziękuję za pozytywną opinię i cieszę się, że artykuł się podobał.

    Przez Platyna dnia 14 Wrz 2016

  5. bardzo fajny artykuł, mam pytanie: skąd się biorą aminoacylotransferazy? bo powinien za to odpowiadać jakiś gen, ale skoro go nie ma kto odczytać, to wtedy co? :)

    Przez Bartek dnia 16 Lis 2016

  6. @Bartek To jest pytanie z serii “co było pierwsze? kura czy jajko?” – pierwsze aminoacylotransferazy dziedziczymy po matce – są one obecne w komórce jajowej i biorą udział w budowaniu białek potrzebnych do jej pierwszego podziału (łączą odpowiednie tRNA i aminokwasy, dzięki czemu rybosom ma z czego budować białka).

    Przez Platyna dnia 16 Lis 2016

  7. czyli pierwsza istota byla kobieta
    :-)
    a problem kura czy jajko tez rozwiazany
    pierwsze bylo jajko

    tyle ze nadal nie wiem co jest tym interpretatorem
    bo przedstawiono tylko jego mechanizmy wykonawcze a nie strukture realizujaca plan dzialania

    Przez fajne dnia 28 Gru 2016

  8. @fajne Interpreterem są aminoacylotransferazy – tylko one ten kod odczytują i “rozumieją”.

    Przez Platyna dnia 28 Gru 2016

Opublikuj komentarz

Captcha Captcha Reload