ລະບົບນິເວດຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ: ຂໍ້ມູນທົ່ວໄປ

ລະຫັດພັນທຸກໍາ, ສະແດງອອກໃນ codons, ແມ່ນລະບົບຂອງຂໍ້ມູນລະຫັດກ່ຽວກັບໂຄງປະກອບຂອງທາດໂປຼຕີນ, ປະກອບດ້ວຍທຸກໆຊີວິດຂອງດາວເຄາະ. ການອອກແບບຂອງລາວໄດ້ເປັນເວລາສິບປີ, ແຕ່ຄວາມຈິງທີ່ວ່າລາວມີຢູ່ແລ້ວ, ວິທະຍາສາດເຂົ້າໃຈເຖິງເກືອບນຶ່ງສະຕະວັດ. ຄວາມເປັນເອກະລາດ, ສະເພາະ, ຫນຶ່ງຈຸດ, ແລະໂດຍສະເພາະແມ່ນຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ, ມີຄວາມສໍາຄັນດ້ານຊີວະພາບທີ່ສໍາຄັນ.

ປະຫວັດຂອງການຄົ້ນພົບ

ບັນຫາຂອງການຂຽນຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບພັນທຸກໍາແມ່ນສະເຫມີຕົ້ນຕໍໃນຊີວະສາດ. ກັບໂຄງສ້າງຂອງຕາຕະລາງຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ, ວິທະຍາສາດໄດ້ຍ້າຍຊ້າໆ. ນັບຕັ້ງແຕ່ການຄົ້ນພົບຂອງ J. Watson ແລະ F. Crick ໃນປີ 1953, ໂຄງສ້າງ helical ສອງຂອງ DNA ເລີ່ມຕົ້ນຂັ້ນຕອນຂອງການ unraveling ໂຄງສ້າງຫຼາຍຂອງລະຫັດທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເຊື່ອໃນຄວາມຍິ່ງໃຫຍ່ຂອງທໍາມະຊາດ. ໂຄງສ້າງເສັ້ນຂອງທາດໂປຼຕີນແລະໂຄງສ້າງ DNA ດຽວກັນຫມາຍຄວາມວ່າມີຢູ່ໃນລະຫັດພັນທຸກໍາເປັນການຕອບສະຫນອງລະຫວ່າງສອງຂໍ້ແຕ່ບັນທຶກໂດຍໃຊ້ອັກຂະລະທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ແລະຖ້າຕົວອັກສອນຂອງທາດໂປຼຕີນແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ, ຫຼັງຈາກນັ້ນອາການ DNA ໄດ້ກາຍເປັນຫົວເລື່ອງຂອງການສຶກສາຂອງນັກວິທະຍາສາດ, ນັກວິທະຍາສາດແລະນັກຄະນິດສາດ.

ບໍ່ມີຈຸດໃດໃນການອະທິບາຍຂັ້ນຕອນທັງຫມົດໃນການແກ້ໄຂປິດນີ້. ການທົດລອງໂດຍກົງເຊິ່ງໄດ້ພິສູດແລະຢືນຢັນວ່າມີການຕອບສະຫນອງທີ່ຊັດເຈນແລະສອດຄ່ອງລະຫວ່າງ codons DNA ແລະອາຊິດ amino ຂອງທາດໂປຼຕີນ, ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນປີ 1964 ໂດຍ C. Janowski ແລະ S. Brenner. ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ - ໄລຍະເວລາຂອງການກໍານົດລະຫັດພັນທຸກໍາໃນ vitro (in vitro) ກັບການນໍາໃຊ້ເຕັກນິກການປະສົມປະສານໂປຕີນໃນໂຄງສ້າງຂອງຈຸລັງທີ່ບໍ່ເສຍຄ່າ.

ລະຫັດ E Coli ທີ່ຖືກລະບຸໄວ້ຢ່າງເຕັມທີ່ໄດ້ຖືກເຜີຍແຜ່ໃນ 1966 ໃນກອງປະຊຸມຂອງນັກຊີວະວິທະຍາທີ່ Cold Springs Harbor (USA). ຫຼັງຈາກນັ້ນ, redundancy (degeneracy) ຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບ. ສິ່ງນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າມັນຖືກອະທິບາຍຢ່າງງ່າຍດາຍ.

ການລະຫັດຍັງສືບຕໍ່

ການໄດ້ຮັບຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບການລົບລ້າງລະຫັດພັນທຸກໍາແມ່ນກາຍເປັນຫນຶ່ງໃນເຫດການສໍາຄັນທີ່ສຸດໃນສະຕະວັດທີ່ຜ່ານມາ. ໃນມື້ນີ້, ວິທະຍາສາດຍັງສືບຕໍ່ສຶກສາໃນລະດັບຄວາມເລິກຂອງກົນໄກການລະຫັດໂມເລກຸນແລະລັກສະນະລະບົບຂອງມັນແລະການໃຊ້ເວລາຫຼາຍເກີນໄປຂອງອາການທີ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ. ສາຂາການຄົ້ນຄວ້າແຍກຕ່າງຫາກແມ່ນການເກີດແລະການພັດທະນາຂອງລະບົບລະຫັດສໍາລັບອຸປະກອນການສືບພັນ. ຫຼັກຖານຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ຂອງໂປລິໂອນິກ (DNA) ແລະ polypeptides (ທາດໂປຼຕີນ) ໄດ້ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການພັດທະນາຊີວະວິທະຍາໂມເລກຸນ. ແລະວ່າ, ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ຊີວະວິທະຍາ, bioengineering, ການຄົ້ນພົບໃນການປັບປຸງພັນແລະການປູກພືດ.

Dogmas ແລະກົດລະບຽບ

ຂໍ້ຕົ້ນຕໍຂອງຊີວະວິທະຍາໂມເລກຸນແມ່ນຂໍ້ມູນທີ່ໂອນຈາກ DNA ກັບ RNA ຂໍ້ມູນ, ແລະຈາກມັນໄປສູ່ທາດໂປຼຕີນ. ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ, ການສົ່ງແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນກັບ RNA ກ່ຽວກັບ DNA ແລະ RNA ກັບ RNA ອື່ນ.

ແຕ່ວ່າຕາຕະລາງຫຼືພື້ນຖານແມ່ນ DNA ສະເຫມີ. ແລະທຸກໆລັກສະນະພື້ນຖານຂອງການໂອນຂໍ້ມູນແມ່ນການສະທ້ອນເຖິງລັກສະນະຂອງຕາຕະລາງນີ້. ຊື່, ການໂອນໂດຍປະຕິບັດການສັງເຄາະກ່ຽວກັບເມັດຂອງໂມເລກຸນອື່ນໆ, ເຊິ່ງຈະກາຍເປັນໂຄງສ້າງຂອງການຜະລິດຂໍ້ມູນຂ່າວສານທາງພັນທຸກໍາ.

ລະຫັດພັນທຸກໍາ

ລະບົບນິເວດຂອງໂຄງສ້າງຂອງໂມເລກຸນທາດໂປຼຕີນແມ່ນຖືກປະຕິບັດໂດຍການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງ codons (triplets) ຂອງ nucleotides, ເຊິ່ງມີພຽງ 4 (adeine, guanine, cytosine, thymine (uracil)), ເຊິ່ງນໍາໄປສູ່ການສ້າງລະບົບຕ່ອງໂສ້ໄນໂຕຼຕິນອື່ນອີກ. ຈໍານວນດຽວກັນແລະສານເຄມີຂອງ nucleotides ແມ່ນເງື່ອນໄຂຕົ້ນຕໍສໍາລັບການສັງລວມດັ່ງກ່າວ. ແຕ່ເມື່ອໂມເລກຸນໂປຼຕີນຖືກສ້າງຂຶ້ນ, ບໍ່ມີຄຸນນະພາບຂອງປະລິມານແລະຄຸນນະພາບຂອງ monomers (DNA nucleotides - ອາຊິດ amino ຂອງທາດໂປຼຕີນ). ນີ້ແມ່ນລະຫັດພັນທຸກໍາທໍາມະຊາດ - ລະບົບການບັນທຶກໃນລໍາດັບຂອງ nucleotides (codons) ລໍາດັບຂອງອາຊິດອະມິໂນໃນໂປຕີນ.

ລະຫັດພັນທຸກໍາມີຄຸນສົມບັດຫຼາຍ:

• triplet ໄດ້.
• ເປັນເອກະລັກ.
• Directivity
• ບໍ່ມີຊ້ໍາກັນ.
• ລະບົບສືບພັນ (degeneracy) ຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ.
• Versatility.

ນີ້ແມ່ນຄໍາອະທິບາຍສັ້ນໆ, ເນັ້ນໃສ່ຄວາມສໍາຄັນດ້ານຊີວະພາບ.

Triplet, continuity ແລະມີ stoplights

ແຕ່ລະຄົນຂອງ 61 ອາຊິດ amino ເທົ່າກັບ triplet ຫນຶ່ງ sens (triplet) ຂອງ nucleotides. ສາມ triplets ບໍ່ປະຕິບັດຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບອາຊິດອາມິໂນແລະຢຸດ codons. ແຕ່ລະ nucleotide ໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ແມ່ນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ triplet, ແລະບໍ່ມີຕົວມັນເອງ. ໃນຕອນທ້າຍແລະໃນຕອນຕົ້ນຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ຂອງ nucleotides ຮັບຜິດຊອບສໍາລັບທາດໂປຼຕີນດຽວ, ມີ codons ຢຸດ. ພວກເຂົາເລີ່ມຕົ້ນຫຼືຢຸດການແປພາສາ (ການສັງລວມຂອງ molecule ທາດໂປຼຕີນ).

ລັກສະນະພິເສດ, ບໍ່ມີການຊ້ອນແລະຫນຶ່ງຈຸດ

ແຕ່ລະ codon (triplet) encodes ພຽງແຕ່ຫນຶ່ງອາຊິດ amino. triplet ແຕ່ລະບໍ່ຂຶ້ນກັບຄົນໃກ້ຄຽງແລະບໍ່ໄດ້ລ້ໍາລວຍ. nucleotide ດຽວພຽງແຕ່ສາມາດເຂົ້າໄປໃນ triplet ຫນຶ່ງໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້. ການສັງເຄາະທາດໂປຼຕີນແມ່ນສະເຫມີໄປພຽງແຕ່ຫນຶ່ງທິດ, ເຊິ່ງຄວບຄຸມໂຄໂມໂຊມທີ່ຢຸດ.

ການຂາດແຄນຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ

triplet ແຕ່ລະຂອງ nucleotides encodes ຫນຶ່ງອາຊິດ amino. ຈໍານວນທັງຫມົດຂອງ 64 ນິວຄຽດ, 61 ຂອງພວກເຂົາ encodes ອາຊິດ amino (codon semantic), ແລະສາມ - meaningless, ວ່າແມ່ນ, ອາຊິດ amino ແມ່ນບໍ່ coded (stop codons). ລະຫັດພັນທຸກໍາຂອງ redundancy ແມ່ນຢູ່ໃນຄວາມຈິງທີ່ວ່າໃນແຕ່ລະ triplet ສາມາດເຮັດແທນ - ຮາກ (ນໍາໄປສູ່ການທົດແທນອາຊິດ amino) ແລະອະນຸລັກ (ຢ່າປ່ຽນແປງປະເພດຂອງກົດອະມິໂນ). ມັນເປັນເລື່ອງງ່າຍທີ່ຈະຄິດໄລ່ວ່າຖ້າທົດແທນ 9 ສາມາດເຮັດໄດ້ໃນ triplet (ຕໍາແຫນ່ງ 1, 2 ແລະ 3), ແຕ່ລະ nucleotide ສາມາດທົດແທນໂດຍ 4 - 1 = 3 variants ອື່ນໆ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຈໍານວນທັງຫມົດຂອງ variants ທີ່ເປັນໄປໄດ້ຂອງການທົດແທນ nucleotide ຈະ 61 ຫາ 9 = 549.

ຄວາມເສື່ອມໂຊມຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາແມ່ນສະແດງອອກໃນຄວາມຈິງວ່າ 549 variants ແມ່ນຫຼາຍກ່ວາຈໍາເປັນສໍາລັບການເຂົ້າລະຫັດຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບ 21 ອາຊິດ amino. ໃນ 549 variants, ການທົດແທນ 23 ຈະນໍາໄປສູ່ການສ້າງຕັ້ງ codons ຢຸດ, 134 + 230 ທົດແທນແມ່ນການອະນຸລັກ, ແລະ 162 ທົດແທນແມ່ນຮາກ.

ກົດລະບຽບຂອງ degeneracy ແລະ exclusion

ຖ້າສອງ codon ມີສອງ nucleotide ທໍາອິດແລະທີ່ເຫລືອແມ່ນຕົວແທນໂດຍ nucleotides ຂອງກຸ່ມດຽວກັນ (purine ຫຼື pyrimidine), ພວກເຂົາເອົາຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບອາຊິດອະມິໂນດຽວກັນ. ນີ້ແມ່ນກົດລະບຽບຂອງ degeneracy ຫຼື redundancy ຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາ. ສອງຂໍ້ຍົກເວັ້ນ - AUA ແລະ UGA - ຄັ້ງທໍາອິດເຂົ້າລະຫັດ methionine, ເຖິງແມ່ນວ່າຈະຕ້ອງມີ isoleucine, ແລະທີສອງ - stop codon, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນຈະຕ້ອງ encode tryptophan.

ຄວາມຫມາຍຂອງ degeneracy ແລະ universalality

ມັນແມ່ນທັງສອງຄຸນສົມບັດຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາທີ່ມີຄວາມສໍາຄັນທາງຊີວະພາບທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດ. ຄຸນລັກສະນະທັງຫມົດທີ່ລະບຸໄວ້ຂ້າງເທິງນີ້ແມ່ນລັກສະນະຂອງຂໍ້ມູນຂ່າວສານພັນທຸກໍາຂອງທຸກຮູບແບບຂອງສິ່ງມີຊີວິດຢູ່ໃນໂລກຂອງພວກເຮົາ.

ລະດັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງລະຫັດພັນທຸກໍາມີມູນຄ່າທີ່ເຫມາະສົມ, ເຊັ່ນການຊໍ້າຊ້ອນຫຼາຍຂອງລະຫັດອາຊິດ amino. ນອກຈາກນັ້ນ, ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມສໍາຄັນ (degeneration) ຂອງ nucleotide ທີສາມໃນ codon. ຕົວເລືອກນີ້ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ການປ່ຽນແປງໃນ DNA, ຊຶ່ງຈະນໍາໄປສູ່ການລະເມີດລວມໃນໂຄງສ້າງຂອງທາດໂປຼຕີນ. ນີ້ແມ່ນກົນໄກປ້ອງກັນຂອງສິ່ງມີຊີວິດທີ່ມີຊີວິດຂອງດາວເຄາະ.