Kontrolní součty v DNA

James Watson a Francis Crick jako první objevili strukturu DNA. Právě deoxyribonukleová kyselina je přitom v biologickýc...


James Watson a Francis Crick jako první objevili strukturu DNA. Právě
deoxyribonukleová kyselina je přitom v biologických systémem nositelem
informace. Do historie informatiky však Crick přispěl i popisem způsobu, jak v
rámci DNA řešit cosi na způsob kontrolních součtů...
Biologická informatika je podobně jako dnešní počítače důsledně digitální.
Neexistuje žádná spojitá analogová škála, kód je důsledně čtyřpísmenkový. DNA
obsahuje informaci ve čtyřech dusíkatých bázích (nukleotidech) označovaných
jako adenin, (A) guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). Z nich se posléze přes
několik přepisů do ribonukleové kyseliny (v jejíchž vláknech je namísto thyminu
uracil U) odvodí příslušná aminokyselina. Jak ale možno konkrétně převést
abecedu čtyř písmen do jazyka aminokyselin?
Crick uvažoval následujícím způsobem: Pokud by jedna aminokyselina odpovídala
jednomu nukleotidu, DNA by mohla kódovat 4 typy aminokyselin. Pokud by
aminokyselině odpovídala dvojice nukleotidů, výsledných kombinací je 16.
Trojice nukleotidů už umožňují celkem 64 výsledných možností. V živých
organismech se vyskytuje 20 aminokyselin, jedna aminokyselina proto musí
odpovídat trojici nukleotidů. Z hlediska 64 možností ovšem nutně zbývá celá
řada kombinací nevyužitých. Crick se domníval, že tato "nadbytečná" informace
se využije právě pro tvorbu kontrolních součtů. Konkrétně: řetězec bude složen
pouze z takových trojic, které, pokud je začneme číst na jiném místě, nebudou
kódovat nic. Příklad: Pokud použijeme trojici ACT pro zápis jedné
aminokyseliny, musíme se nějak vyhnout tomu, abychom řetězec chybně přečetli
jako A-CTX nebo XAC-T. Varianty CTX a XAC jsou z tohoto pohledu "závadné" a
nesmějí kódovat žádnou aminokyselinu. Výsledný výpočet vede k tomu, že
povolených sekvencí, ošetřených proti "posunu čtečky", je přesně 20 tedy právě
tolik jako aminokyselin!
Předešlá koncepce vám zřejmě nepřijde u učebnic biochemie příliš povědomá a
není divu. Celou Crickovu teorii lze totiž sice označit za geniální, obsahuje
pouze jednu drobnou potíž: Není pravdivá. Matt Ridley v knize Genom (nedávno
vyšlo i česky) přitom označuje celou myšlenku za "nejskvělejší špatnou teorii v
historii". Ve skutečnosti je biologický zápis méně striktní, a tím pádem
umožňuje častější vznik chyb. Aminokyselinám skutečně odpovídají trojice
(triplety, kodóny) bází, ovšem přepis informace je ztrátový, respektive
"degenerovaný". Některé kombinace nukleotidů odpovídají stejné aminokyselině.
Záměna jednoho nukleotidu se tedy často v první fázi nijak neprojeví na
výsledné bílkovině. Co je ještě důležitější posun čtečky nastane automaticky,
pokud uprostřed čtené sekvence jeden nukleotid z nějakého důvodu vypadne. V
mnoha případech není ve skutečnosti tato závada odhalena, trojice se poskládají
naprosto odlišně a jedinou změnou dostaneme náhle naprosto odlišnou sekvenci
aminokyselin!
Pokud kontrolní mechanismy rozpoznají méně změn (mutací), vede to na jednu
stranu k hromadění chyb, jejichž výsledkem je řada chorob, na druhou stranu
však dochází i k podstatnému zrychlení biologické evoluce.

text ON-LINE
Kompletní podobu tohoto textu najdete na portálu Science World s datem 1. 2.
2002.


Jedna mutace změní všechno
Původní řetězec RNA
CUC-AAG-GUU-UAA-G

Odpovídající řetězec aminokyselin
leucin-lyzin-valin-valin

Řetězec RNA po "vypadnutí" nukleotidu na poz. číslo 1
UCA-AGG-UUU-AAG

Nový řetězec aminokyselin
serin-arginin-fenylalanin-lyzin

Crickova teorie o "biologických kontrolních součtech" měla zabránit situaci
uvedené výše: vypadnutím (delecí) jediného písmenka z abecedy nukleové kyseliny
se mohou zcela změnit syntetizované aminokyseliny.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.