shkrobius (shkrobius) wrote,
shkrobius
shkrobius

Categories:

Hенадежное копирование

Два года назад я рассуждал, почему с химической точки зрения вполне очевидно, что биополимеры, ответственные за хранение/копирование информации (нуклеиновые кислоты) и метаболизм (белки) должны быть разными (к ним предъявляются слишком разные требования)
https://shkrobius.livejournal.com/576657.html?thread=10477201#t10477201

Втч я предложил, что надежность копирования прото-нуклеиновых кислот с самого начала д. б. > 1е-4, т.к. иначе возникнут ошибки в структуре почти всех белковых комплексов (требующих примерно столько нуклеотидов для кодирования), и машинерия клетки не сможет надежно работать. Меня тут же спросили, почему? - и я не смог дать полностью удовлетворительного ответа.

Я обсуждал этот вопрос с молбиологами, но беседы не "пошли". Химику и молбиологу особенно трудно представить обратную ситуацию, т.к. ДНК и ДНК полимераза специально подобраны, чтобы ошибки копирования были < 1е-6. Так можно обсуждать, как жили бы люди, если бы у них ноги были длиной с милю. Если бы у них были такие ноги, то они бы не жили; конец обсуждения.

***

С тех пор у меня появились некоторые соображения.

Исходная точка рассуждения - аналогия с передачей информации в ненадежных системах коммуникации. Проблема решается дроблением потока информации на небольшие куски и подсчетом контрольных сумм, хешированием и т. д.
https://en.wikipedia.org/wiki/Checksum
Если блок передан с ошибкой, его передают его еще раз, пока не получают точную копию. Это расточительно, но что делать... Вопрос в том, как превратить эту аналогию в реалии репликации генома.

В случае частых ошибок копирование всего генома целиком безнадежно, но можно (по аналогии) копировать его ген за геном и проверять каждый ген отдельно. Точность копирования гена можно определить его транскрипцией, синтезом энзима и проверкой энзима на функциональность. Если энзим функционален - значит кодирующий участок воспроизведен удовлетворительно. К сожалению, невозможно соорудить универсальную "проверялку" функциональности, и потому задача кажется безнадежной. Я вспомнил, что в любом геноме (включая наш собственный)
http://www.pnas.org/content/107/12/5429
http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/early/2010/07/03/rspb.2010.1052
https://en.wikipedia.org/wiki/Overlapping_gene
есть немало участков, одновременно кодирующих два белка из-за сдвинутой рамки считывания. Это свойством можно воспользоваться, чтобы сделать биологический аналог контрольной суммы. "Контролем" функционального белка служит белок, синтезированный из той же последовательности, но со сдвинутой рамкой. Если второй (контрольный) белок нефункционален, нефункционален и первый белок. Остается придумать универсальную функцию контрольного белка - но эта функция очевидна из самой задачи.

Репликационная система может работать так. Рядом с каждым кодирующим участком находится некодирующая последовательность. "Контрольный" белок кодирующего участка уникально связывается с этим регуляционным участком. По факту связи между ними можно установить, что репликация регуляционного участка и кодирующей последовательности (для функционального и "контрольного" белка) были успешны. Мы знаем, что материнские последовательности безошибочны. Полимераза создает новые последовательности на основе комплементарных материнских цепочек, и они сразу транскрибируются в два белка. "Контрольные" белки каждой последовательности садятся на регулирующие участки, и служат промотерами дальнейшей репликации. Если промотер не связался с своим участком, геликазы убирают новые цепочки и репликация повторяется, пока не образуется функциональный промотер. Такая репликация продолжается от одной кодирующей последовательности к другой.

Эта репликации далека от того, что существует сегодня, хотя она содержит в себе многие элементы ныне существующей системы. Природа не пошла по пути "контрольных сумм", т.к. гораздо проще повысить надежность полимераз. Зачем же себе такое воображать? Подобной системе может не быть альтернативы, если энзиматические и информационные функции не полностью разделены.

Наверно, химически ненадежная репликация в клетке возможна, хотя она сложна и неэффективна, так как ее необходимо сделать надежной на системном уровне. Я не думаю, что проблема тут в недостатке моего воображения; это объективно трудно.
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Contents

    If a man will begin with certainties, he shall end in doubts; but if he will be content to begin with doubts, he shall end in certainties. (Bacon)…

  • Канадские загадки

    Гостил у сына в Монреале и увидел в местной газете неизвестную мне загадку (они ее binaire называют). Пишут, она возникла в Японии, оттуда…

  • Индийский желтый

    Мне нечего стыдиться: мои Тернеры висят в Лондоне, Нью-Йорке, Париже, Берлине, Вене. Я прочел все, написанное о его живописи, - а это сотни полотен…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 33 comments