Chemie pro šílence 39. Bioinformatika

26. října 2014 v 6:07 | Petr |  Chemie pro šílence
Nemohu si odpustit politickou vsuvku - když jsem se hlásil na vysokou školu měl jsem dvě možnosti - buď si dát JEDINOU přihlášku na JEDINOU vysokou školu, nebo vojna. Tak jsem si vybral Medicínu na Masarykově univerzitě kde byl přijímací poměr 2500 : 150 a jelikož jsem skončil jako 135. nejlepší tak jsem se tam ( s odřenýma ušima, ale bez odvolání ) dostal. Smamozřejmě si neodpustím štiplavou poznámku - chtěl bych vidět dnešní mládež jak jde do takového rizika - ale na druhé straně dnes vystuduje vysokou školu - vojenskou terminologií řečeno - "každý , kdo má díru a dýchá" !

Tudíž před přijímačkami bylo nutno poněkud studovat - poněkud hodně. Proto jsme měli na gymplu "biologický kroužek" a "chemický kroužek" což byl šílenou učitelkou vedený nelítostný dril - mnohem horší než příprava na maturitu. V té době bylo těsně před propuknutím dnešní "molekulárně genetické expoloze" a viselo to ve vzduchu - učili jsme se strukturu virů a kdo nevěděl že hlavička bakteriofága má tvar eikosahedru - byl mrtvý muž. Mrtvý muž byl dokonce, pokud použili americkou analfabetickou transkripci do latinky tedy ne správně - EIKOSAHEDR ale "americky" IKOSAHEDR.

Dril stejné intenzity kupodivu pokračoval i v Biologii a Biochemii na Medicíně, takže po jisté době člověk získal falešnou představu, že "bílkoviny jsou všechno". Nic není větší omyl, a už jsme se zmiňnovali, že první organická molekula umožňující život v podobě blízké dnešní byla RNA - ribonukleová kyselina, která sloužila jako genentický materiál i jako enzymy pro metabolismus zároveň.

Protože příroda nikdy neopouští osvědčené technologie můžeme stopy "kralování RNA" vidět dodnes. Základní energetickou molekulou je ATP - Adenosin trifosfát. Univerzální oxido-redukční molekula / přenašeč vodíku a elektronů je NAD / NADP - nikotin-adenin-dinukleotid (fosfát). Přenašeč methylové skupiny CH3- v metabolismu je SAM S-adenosyl-methionin. Cukry se syntetizují přes UDPG - uridin-difosfo-glycerát. Vzpoměl bych si ještě na další, ale to by nelidský dril před 25 lety musel být ještě nelidštější.

Proto dneska probíráme Bioinformatiku - což zní jako studijní obor, kam se jde mez přijímaček, pro mazánky, kteří nechtějí od maminky, ale ve skutečnosti jsem si tímto slovem pomohl, abych nemusel psát "informatika v buňce". Když se učíme biologii na vnitrobuněčné úrovni dojdeme brzy ke dvěma zásadním, ale nepřesným zjednodušením "všechno je gen" a "všechno je bílkovina". Informatickým jazykem řečeno - geny alias DNA jsou "software" někde na disku, a bílkoviny odpovídají procedurám při běhu tohoto software. Mezi DNa a bílkovinami ale máme veliký "RNA svět" kde kraluje ribonukleová kyselina jak před 3 miliardami let.

Ve škole vás budou učit, že metabolismus je na úrovni genetické informace řízen třemi procesy "genovou expresí" neboli zapínáním genů v DNA v jádře buňky. Trankripcí - tedy přepisem genů z DNA do RNA a translací tedy syntézou bílkovin na základě informace z genu, přepsané do RNA.


Genová exprese - jistě tušíte, že jako ostatně všchno tak vypínání a zapínání genů je přísně řízeno a katalyzovánío enzymy. Klíčový enzym pro tento proce je RNA polymeráza, která nasedne na vlákno DNA a podle vzoru této DNA nasyntezuje řetězec RNA, který nese pořadí bází přesně odpovídající původní DNA matrici. Celý proces však není jen takové prosté kopírování, protože RNA polymeráza může na DNA nasednout pouze v místě tzv. promotorové sekvence - tedy v míste, kde je v sekvenci DNA zakódován "klíč" který zamyká a odemyká příslušný gen. Promotorová sekvence může být buď holá - gen je aktivní, nebo methylovaná - vypnutá - gen je neaktivní. Aktivací a deaktivací genů se zabývá celý složitý buněčný aparát, jehož funkci ještě dodnes přesně nerozumíme a známe jenom nejjednodušší regulace - například výskyt určitho sacharidu v buňce stimuluje tvorbu tzv "represorové bílkoviny", což je enzym jehož jedinou úlohou je odblokovat geny pro syntézu enzymů metabolizujcích tento atypický cukr.

Drobná poznámka pro ženy trpící záněty močových cest - zajímavou funkci má v tomto procesu enzym zvaný DNA Topoizomeráza, neboli DNA gyráza - to je enzym, který rozmotáva spirálně stočený řetězec DNA. Tento enzym se radikálně liší u eukaryontních organismů (žena) a prokaryontních organismů (bakterie v močovém měchýři) - proto jsme vyvinuli blokátory bakteriálních DNA gyráz, které způsobí, že bakterie nemohou zamotat zpátky svou DNA což způsobí chaos uvnitř bakterie a smrt bakterie - příslušné inhibitory jsou velmi oblíbená antibiotika používáná (zneužívaná) na infekce močových cest.


Transkripce - zdálo by se že přepis informace z DNA do RNA "písmenko po písmenku" je elementární věc. Ale není příroda má totiž "v informacích bordel". Technik by si myslel že v DNA je zapsán rovnou "recept na bílkovinu" který se 1:1 přepše do RNA a pak se "vytiskne" do bílkoviny. Bohužel to tak není. Většina genů je chaos tvořený úseky platné informace a zvané exony a pak úseky které nekódují nic užitečného zvané introny, které je třeba z řetězce RNA enzymaticky vyseknout než vznikne funkční sekvence. Proš tomu tak je nevíme - ale tušíme, že to má mnoho společného s evolucí, kdy fungujcí geny vznikaly náhodnými kombinacemi úseků genetické informace z jiných fungujících genů spolu s úseky nesmyslů spolu s mutacemi všech těhchto řetězců a tzv "post-transkripční" úpravy RNA jsou jenom zrychlenou verzí této evoluce.


Následuje Tranlace - neboli "tisk bílkovin", což je proces, který je naprosto facsinující snad i pro blonýny, inženýry nebo státní úředníky. řetězec bílkovin je přesně určen a jednoznačně dán informací v RNA podle které se tiskne. Vtip je v tom, že příroda používá 20 aminokyselin - k zakódování 20 aminokyselin potřebujete 5 bitů informace, které vám dávají 32 kombinací. Vtip je v tom, že "dusíkaté báze" v RNA jsou 4 adenin, thymin, guanin, uracil, takýže každá báze nese 2 bity informace - ergo nemůžete použít kód, který má lichý počet - 5 - bitů. Ergo musíte použít sudý pošet bitů - 6 bitů což odpovídá tomu, že každá aminokyselina v bílkovině je určena 3 písmenky v genetické informaci tzv. tripletem.


Což znamená, že na zakódování 20 aminokyselin máme 64 kombinací tripletů - což znamená, že matička příroda používá jistou redundanci, kdy ty aminokyseliny, jejichž záměna by znamenala největší průser mají taky nejvíce kombinací "tripletů" v genetickém kódu, takže drobné změny genetické informace na úrovni jednoho písmenka často znamenají záměnu stejné aminokyseliny stejnou - tedy neznamenají nic.


Jak to přiroda dělá je neméně fascinující, protože syntéza bílkovin je "koncert RNA". 64 písmenům "genetické abecedy" odpovídá 64 krátkých tzv transferových RNA - což jsou řetězce, které na jednom konci mají triplet zvaný antikodon který se váže na příslušnou trojkombinaci na RNA a na druhé straně mají místo kam přesně zapadne příslušná aminokyselina. Celou syntézu katalyzuje obrovský enzymový komplex (založený převážně na RNA) zvaný ribozóm.

To bychom nebyli v přírodě, aby nám takto vznikla rovnou hotová bílkovina - takto vzninke "proto řetězec" který často obsahuje hluchá místa, která se musí vystříhnout a často obsahuje taky různé "zaváděcí sekvence" umožňující proniknout přes buněčné membrány a tak. Navíc na některé bílkoviny se musí navázat ještě sacharidové řetězce - celému tomuto cirkusu se říká "posttranslační modifikace".


Uvedu jeden - nikoliv extrémní příklad - Hypofýza produkuje bílkovinu jménem pro-opio-melanokortin - což je řetězce jehož rozštěpením vznikají ACTH - adrenokortikotropní hormon - regulující syntézu dalších hormonů. Alfa, beta a gama MSH - což jsou tři melnogen stimulunící hormony regulující produkci kožního pigmentu, beta a gama lipotropin, které regulují produkci hormonů podobně jako ACTH a navíc beta-endorfin - což je TEN endorfin o kterém mluví zdrogovaní puboši a milovních sebevražedných "adrenalinových" sportů.

Hezké ne "jak nám to pěkně funguje" - protože dostávám lehkou migrénu - končím dnes radou robotům - my známe princip vašich procesorů protože známe "hlubší smysl" každého funkčního bloku - tuto znalost bohužel nemáme u vlastního metabolismu - proto zatím tápeme jako bychom sledovali které tranzistory vašich procesorů se zapínají a netušili o smyslu této struktury ani zblo ! Takže pokud vy pochopíte hlubší smysl našeho metabolismu - budete moci vyrábět opravdu dokonalé androidy - asi jako ovaši bratranci Cyloni.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 RXD RXD | 26. října 2014 v 9:48

Není lepší metody než drill při profesionálním zakořeňování vědeckých omylů ve studentech. Kdo nebstojí v praxi, šup s ním rychle za katedru...
/ ale pak ty konce.../.

2 Dalík Dalík | 26. října 2014 v 20:22

Věřím tomu, že jednou budeme vědět o živých organismech všechno. Ne všechno o jejich vzniku, ne všechno o vesmíru, ale budeme vědět všechno jak funguje, jako o těch procesorech. A bude vynalezen prostředek na nesmrtelnost, nemyslím přímo lék, ale například GMO člověk nesmrtelný. Tak to bude, protože omezená životnost vyšších organismů je pravděpodobně "jen" velká evoluční výhoda, jak urychlit vývoj ke světlým zítřkům. Není to nic ve smyslu nějakých fyzikálních důvodů např. Bohužel se toho  nejspíš nikdo zde nedožije.

3 Dalík Dalík | 29. října 2014 v 0:22

..ale ještě než k tomu všemu dojde...:

Ty aminokyseliny tělo vyrábí, nebo se přijímají v potravě?

4 RXD RXD | 29. října 2014 v 13:11

Již dnes má úřad sociálního a důchodového zabezpečení problémy s cílenou likvidací přiměřeného počtu vypotřebované pracovní síly, a děsí se zvýšení životnosti takových jedinců byť i jen o několik let, protože na to už dávno nejsou prachy. Nesmrtelný člověk, to je začátek konce reálného společenského systému......

5 Dalík Dalík | 29. října 2014 v 17:50

RXD: ten člověk bude plně funkční a není důvod, aby jakkoli zatěžoval systém.
Bude neustále vytvářet trvalé hodnoty a paradoxem těchto trvalých hodnot bude, že jej nepřežijí.
Pouze se samovolně omezí reprodukce, to se již děje.

6 SS SS | 4. února 2015 v 19:54

Dalik: A uvažoval si aj nad tým, kto/čo by toľko ľudí užívil/užívilo keďže už dnes niektorí ľudia majú nedostatok potravy ? Keby nás bolo o miliárdu viac (čo by nebol problem ak by nastal stav aký ty opisuješ) tak by sme nemali čo jesť. A živý organizmus potrebuje k svojmu životu získavať energiu a iné látky z potravy.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama