‘’The central dogma of molecular علم الاحياء deals with the detailed residue-by-residue transfer of sequential information from DNA to protein via RNA. It states that such information is unidirectional from DNA to protein and cannot be transferred from protein to either protein or nucleic acid’’ (Crick F.,1970).
Stanley Miller performed experiments in 1952 and another in 1959 to understand and decipher the origins of life in the primordial earth environment and lived until 2007. During his time, DNA was understood to be an important بيولوجي molecule, actually the most important biological molecule in terms of informational polymer. However, Miller seemed to have totally missed explicitly making any mention of ‘nucleic acid related informational molecule’ in his works and thoughts.
أحد الجوانب المثيرة للفضول حول تجربة ميلر هو لماذا فاته البحث عن البوليمر المعلوماتي للحمض النووي في ظروف الأرض المبكرة ، والتركيز فقط على الأحماض الأمينية؟ هل لأنه لم يستخدم سلائف الفوسفات ، على الرغم من احتمال وجود الفوسفور في ظروف الثوران البركاني البدائي؟ أم أنه افترض ذلك بروتين يمكن أن يكون فقط البوليمر المعلوماتي وبالتالي بحث فقط عن الأحماض الأمينية؟ هل كان مقتنعًا بأن البروتين هو أساس أصل الحياة ومن ثم بحث فقط عن وجود الأحماض الأمينية في تجربته أو حقيقة أن البروتينات تؤدي جميع الوظائف في جسم الإنسان وهي أساس ما نحن عليه من الناحية الظاهرية ، وبالتالي فهي أكثر أهم من الأحماض النووية ، وهو ما قد يظنه في ذلك الوقت؟
كان هناك الكثير من المعلومات عن البروتينات ووظائفها منذ 70 عامًا وأقل عن الحمض النووي في ذلك الوقت. نظرًا لأن البروتينات مسؤولة عن جميع التفاعلات البيولوجية في الجسم ، لذلك اعتقد ميلر أنها يجب أن تكون حاملة للمعلومات ؛ ومن ثم بحث عن اللبنات الأساسية للبروتين فقط في تجاربه. من المعقول أن تكون كتل بناء الحمض النووي قد تشكلت أيضًا ولكنها كانت موجودة بكميات ضئيلة لا يمكن اكتشافها بسبب نقص الأجهزة المتطورة.
الحمض النووي تم الكشف عن البنية بعد عام في عام 1953 ، والتي اقترحت بنية حلزونية مزدوجة للحمض النووي وتحدثت عن خصائصها التكاثرية. أدى هذا إلى ولادة الشهيرة "العقيدة المركزية في علم الأحياء الجزيئي عام 1970 من قبل العالم الشهير فرانسيس كريك!1 وقد تم ضبط العلماء وإقناعهم من خلال العقيدة المركزية لدرجة أنهم لم ينظروا إلى الوراء بحثًا عن سلائف الحمض النووي في ظروف الأرض البدائية.
لا يبدو أن القصة تنتهي بميلر. يبدو أن لا أحد قد بحث عن سلائف الحمض النووي في ظروف الأرض البدائية لفترة طويلة جدًا - وهو أمر مثير للدهشة في هذه المرحلة العلمية سريعة الحركة. على الرغم من وجود تقارير عن تخليق الأدينين في سياق البريبايوتك2 لكن التقارير المهمة عن تخليق البريبايوتيك لسلائف النيوكليوتيدات كانت بواسطة ساذرلاند3 في عام 2009 وما بعده. في عام 2017 باحثون4 محاكاة ظروف الاختزال المماثلة التي استخدمها Miller و Urey لإنتاج القواعد النووية للحمض النووي الريبي باستخدام التفريغ الكهربائي وتأثيرات البلازما عالية الطاقة التي يحركها الليزر.
إذا كان ميللر قد فكر بالفعل في البروتين على أنه بوليمر إعلامي ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه ، "هل البروتين حقًا بوليمر معلومات"؟ بعد ما يقرب من نصف قرن من هيمنة "العقيدة المركزية" ، نرى ورقة كونين5 عام 2012 بعنوان "هل ما زالت العقيدة المركزية قائمة؟ قصة البريون ، وهو بروتين غير مطوي يسبب المرض ، هي مثال على ذلك. لماذا لا يؤدي بروتين البريون غير المطوي في الجسم إلى استجابة مناعية و / أو يتم التخلص منه من النظام؟ بدلاً من ذلك ، يبدأ هذا البروتين غير المطوي في صنع بروتينات أخرى مشابهة له على أنها "سيئة" كما هو الحال في مرض CZD. لماذا يتم توجيه / إملاء البروتينات "الجيدة" بواسطة البروتين "السيئ" الآخر ليتم طيه بشكل خاطئ ولماذا لا توقف الآلة الخلوية ذلك؟ ما هي المعلومات التي يمتلكها هذا البروتين غير المطوي والتي يتم "نقلها" إلى بروتينات أخرى مماثلة وتبدأ في العمل بشكل متقطع؟ علاوة على ذلك ، تُظهر البريونات خصائص غير عادية للغاية ، ولا سيما المقاومة غير العادية للعلاج الذي يعطل حتى أصغر جزيئات الحمض النووي مثل الإشعاع فوق البنفسجي بجرعات عالية6. يمكن تدمير البريونات بالتسخين المسبق عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية في وجود المنظفات تليها المعالجة الأنزيمية7.
أظهرت الدراسات التي أجريت على الخميرة أن بروتينات البريون تمتلك مجالًا مضطربًا لتحديد البريون يؤدي إلى انتقالها المطابق من البروتين الجيد إلى البروتين "السيئ"8. يتشكل التشكل البريون تلقائيًا بتردد منخفض (بترتيب 10-6)9 ويزيد التبديل من حالة البريون وإليها في ظل ظروف الإجهاد10. تم عزل المسوخ في جينات البريون غير المتجانسة ، مع تواتر أعلى بكثير لتكوين البريون11.
هل تشير الدراسات المذكورة أعلاه إلى أن بروتينات البريون المشوهة تنقل المعلومات إلى بروتينات أخرى وربما تعود إلى الحمض النووي لإحداث طفرات في جينات البريون؟ يشير الاستيعاب الجيني للوراثة المظهرية المعتمدة على البريون إلى أنه قد يكون ممكنًا. ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم اكتشاف الترجمة العكسية (البروتين إلى الحمض النووي) ويبدو أنه من غير المحتمل اكتشافها على الإطلاق بسبب التأثير القوي للعقيدة المركزية والافتقار المحتمل للتمويل لمثل هذه المساعي. ومع ذلك ، فمن المتصور أن الآليات الجزيئية الأساسية لقناة نقل المعلومات من البروتين إلى الحمض النووي مختلفة تمامًا عن الترجمة العكسية الافتراضية وقد تظهر في وقت ما. من الصعب الإجابة على هذا السؤال ، لكن من المؤكد أن روح الاستفسار الحرة غير المقيدة هي السمة المميزة للعلم ، والزواج من عقيدة أو عبادة هو لعنة على العلم ولديه القدرة على برمجة تفكير المجتمع العلمي.
***
المراجع:
1. Crick F. ، 1970. العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية. طبيعة 227 ، 561-563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM ، 2013. Miller-Urey and Beyond: ما الذي تعلمناه عن تفاعلات التخليق العضوي للبريبايوتيك في السنوات الستين الماضية؟ المراجعة السنوية لعلوم الأرض والكواكب. المجلد. 60: 41-207 (تاريخ نشر المجلد مايو 229) نُشر لأول مرة على الإنترنت كمراجعة مقدمًا في 2013 مارس 7. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner ، M. ، Gerland ، B. & Sutherland ، J. ، 2009. تخليق بيريميدين ريبونوكليوتيدات المنشط في ظروف معقولة مسبقًا. الطبيعة 459 ، 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M ، Pietrucci F ، et al 2017. تكوين القواعد النووية في جو مختزل ميلر-أوري. PNAS 25 أبريل 2017 (114) 17-4306 ؛ نُشر لأول مرة في 4311 أبريل 10. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin، EV 2012. هل ما زالت العقيدة المركزية قائمة ؟.Biol Direct 7 ، 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C ، Cleaver JE ، Diener TO ، Prusiner SB: بريونات سكرابي المنقى تقاوم التعطيل عن طريق الإشعاع فوق البنفسجي. ياء فيرول. 1987 ، 61 (1): 159-166. متاح على الإنترنت على https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM، Jeng-Jie Wang JJ، et al 2003. التحلل الأنزيمي لبروتين البريون في جذع الدماغ من الماشية والأغنام المصابة. مجلة الأمراض المعدية ، المجلد 188 ، العدد 11 ، 1 ديسمبر 2003 ، الصفحات 1782 - 1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S و Krishnan R و Lemke EA و Lindquist S و Deniz AA: يتبنى مونومر بريون الخميرة غير المطوي في الأصل مجموعة من الهياكل المنهارة والمتقلبة بسرعة. Proc Natl Acad Sci US A. 2007 ، 104 (8): 2649-2654. 10.1073 / pnas.0611503104..DOI :: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Chernoff YO ، Newnam GP ، Kumar J ، Allen K ، Zink AD: دليل على طفرة البروتين في الخميرة: دور chaperone ssb المرتبط بـ Hsp70 في تكوين واستقرار وسمية البريون [PSI]. مول الخلية بيول. 1999 ، 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Halfmann R و Alberti S و Lindquist S: البريونات واستتباب البروتين والتنوع المظهري. اتجاهات خلية بيول. 2010 ، 20 (3): 125-133. 10.1016 / j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003
11. Tuite M ، Stojanovski K ، Ness F ، Merritt G ، Koloteva-Levine N: العوامل الخلوية المهمة لتشكيل بريونات الخميرة. شركة Biochem Soc Trans. 2008 ، 36 (جزء 5): 1083-1087. https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
