ข้อมูล

เหตุใดยีนจึงแสดงเป็นโปรตีนมากกว่าโมเลกุลชีวภาพประเภทอื่น

เหตุใดยีนจึงแสดงเป็นโปรตีนมากกว่าโมเลกุลชีวภาพประเภทอื่น



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันเดาว่า เราสามารถอนุมานได้ว่าโครงสร้างของกรดอะมิโนมีหน่วยทำงานเหมือนกับ RNA ที่ใช้ในการสังเคราะห์มัน ดังนั้น จากมุมมองเชิงตรรกะ มันสมเหตุสมผลแล้วที่ยีนจะแสดงเป็นโปรตีน อย่างไรก็ตาม เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้ เหตุใดยีนจึงแสดงเป็นโปรตีนมากกว่าโมเลกุลชีวภาพประเภทอื่น นอกจากนี้ จากสิ่งที่โมเลกุลชีวภาพอื่น ๆ แสดงออกหากไม่ใช่สำหรับยีน?


ว้าว - เหมือนคำถามเกี่ยวกับชีวปรัชญา! คำตอบอยู่ที่การสร้างความหลากหลายที่ใหญ่ที่สุดด้วยหน่วยย่อยที่น้อยที่สุด ประสิทธิภาพหากคุณต้องการ ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงกรดอะมิโน เราต้องการเพียง 20 ตัวในการเข้าถึงจำนวนความหลากหลายที่ยากจะหยั่งถึง

โปรตีนทำหน้าที่เป็นตัวส่งสาร เป็นเอนไซม์ เป็นตัวพาและเป็นหน่วยสร้างของตัวมันเอง ถ้าคุณต้องการให้ช่วงดังกล่าวออกไปจากชีวโมเลกุลอื่นๆ ที่รู้จัก คุณจะต้องมียีนเพื่อเข้ารหัสสำหรับพวกมัน และยีนเองก็มีกลไกที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเพื่อสร้างพวกมัน ซึ่งเราไม่สามารถเข้าใจได้ การเขียนโค้ดสำหรับโปรตีนนั้นง่ายกว่ามาก ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ในการสร้างชีวโมเลกุลอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม หากคุณถามว่าทำไมหลักความเชื่อหลักของอณูชีววิทยาถึงเป็นอย่างนั้น… ถ้าอย่างนั้นก็ดูเหมือนจะเป็นสัจธรรม


ความจริงที่ว่ายีนแสดงเป็นโปรตีนและไม่มีโมเลกุลประเภทอื่น เป็นเพราะยีนเป็นหนึ่งในสิ่งที่เหลืออยู่ที่เก่าแก่ที่สุดจากประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ และประสบความสำเร็จอย่างมากจนสืบเนื่องมาจากยุคสมัยต่างๆ และปัจจุบันมีอยู่ในทุกสิ่งมีชีวิตที่รู้จัก มันเก่ามากจนนักชีววิทยาส่วนใหญ่บอกว่ามันมีอยู่ตั้งแต่แรกเริ่มชีวิต

นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าเป็นหนึ่งในรหัสพันธุกรรมที่เก่าแก่ที่สุดเพราะเป็นรหัสสากล นั่นหมายถึงยีนที่เข้ารหัสโปรตีนจำเพาะสามารถแทรกเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง และสิ่งมีชีวิตนั้นจะเริ่มสังเคราะห์โปรตีนนั้น มีข้อยกเว้นน้อยมากสำหรับกฎนี้ และนี่คือวิธีที่นักวิทยาศาสตร์สามารถเพาะเชื้อแบคทีเรียเพื่อผลิตเอนไซม์ของมนุษย์ เช่น อินซูลิน

ยีนไม่ได้กำหนดรหัสสำหรับโมเลกุลอื่น ๆ เนื่องจากไม่มีแรงกดดันในการคัดเลือก (หากสามารถใช้ได้จริงที่นี่) และโปรตีนค่อนข้างหลากหลายในโครงสร้างและหน้าที่สำหรับการสร้างบล็อคที่ค่อนข้างน้อย ไม่มีโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นใดที่เหมือนกับพวกมันจริงๆ

ฉันไม่ทราบว่าโมเลกุลที่ไม่ใช่โปรตีนแสดงออกมาจากยีน คุณอาจบอกว่าอาร์เอ็นเอเป็น แต่คุณต้องบิดเบือนคำจำกัดความของ "แสดงออก" ไรโบไซม์เป็นตัวอย่างที่ดีในการทำกรณีนี้ แต่มีเหตุผลที่การสร้าง RNA เรียกว่า "การถอดความ" หมายความว่า RNA ไม่ได้เข้ารหัสจาก DNA ค่อนข้างจะคล้ายคลึงกันในขณะที่การสร้างโปรตีนเรียกว่า "การแปล" ซึ่งหมายความว่ามีรหัสที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง เป็นที่ชัดเจนว่า RNA ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีนและมีพลวัตน้อยกว่าโปรตีนมาก


การเปรียบเทียบความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนและระดับการแสดงออกของ mRNA ในระดับจีโนม

ความพยายามที่จะเทียบเคียงความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนกับระดับการแสดงออกของ mRNA นั้นประสบความสำเร็จอย่างมากมาย เราตรวจสอบผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบเหล่านี้โดยเน้นที่ยีสต์ ในกระบวนการนี้ เราสำรวจเทคนิคการทดลองเพื่อหาปริมาณโปรตีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเจลอิเล็กโตรโฟรีซิสสองมิติและแมสสเปกโตรเมตรี นอกจากนี้เรายังรวมชุดข้อมูลความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนยีสต์ที่มีอยู่จำนวนมาก โดยใช้ 'ชุดข้อมูลเมตา' ที่ใหญ่ขึ้นเพื่อค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างการแสดงออกของโปรตีนและ mRNA ทั้งในระดับโลกและภายในหมวดหมู่ที่เล็กกว่า

แม้ว่าเทคโนโลยีพื้นฐานบางอย่างสำหรับการหาปริมาณโปรตีนที่อุดมสมบูรณ์ถูกนำมาใช้เมื่อเกือบ 30 ปีที่แล้ว [1, 2] เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการพัฒนาเครื่องมือใหม่ ๆ เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกัน เครื่องมือสำหรับวิเคราะห์การแสดงออกของ mRNA ก็กลายเป็นกระแสหลักมากขึ้น การหาปริมาณของประชากรโมเลกุลทั้งสองนี้ไม่ใช่การออกกำลังกายในการวัดความซ้ำซ้อนที่นำมาจาก mRNA และระดับโปรตีนเป็นส่วนเสริม และทั้งสองจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าเซลล์ทำงานอย่างไร [3] นอกจากนี้ เนื่องจากในที่สุด mRNA ถูกแปลเป็นโปรตีน เราอาจสันนิษฐานว่าควรมีความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างระดับของ mRNA กับระดับของโปรตีน อีกทางหนึ่งอาจไม่มีความสัมพันธ์ที่มีนัยสำคัญซึ่งในตัวมันเองเป็นข้อสรุปที่ให้ข้อมูล

วิธีการที่มีปริมาณงานสูงสองวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการวัดการแสดงออกของ mRNA, microarrays และชิป Affymetrix ทั้งคู่ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางในที่อื่น [4–6] นอกจากนี้ยังมีวิธีการพื้นฐานสองวิธีในการกำหนดปริมาณโปรตีนโดยอิงจากอิเล็กโตรโฟรีซิสสองมิติหรือวิธีแมสสเปกโตรเมตรี (ตารางที่ 1) เราให้การทบทวนโดยสังเขปของเทคโนโลยีเหล่านี้และความพยายามล่าสุดในการพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณโปรตีนในปริมาณมากและการแสดงออกของ mRNA


เหตุใดยีนจึงแสดงเป็นโปรตีนมากกว่าโมเลกุลชีวภาพประเภทอื่น - ชีววิทยา

การแสดงออกของยีนและการสังเคราะห์โปรตีน

มาตรา IV = บทที่ 13

ภาพรวมสำหรับรหัสพันธุกรรมและการแปล:

เมื่อการถอดรหัสและการประมวลผลของ rRNAs, tRNAs และ snRNAs เสร็จสมบูรณ์ RNA ก็พร้อมที่จะใช้ในเซลล์ ‑ ที่ประกอบเป็นไรโบโซมหรือ snRNP และใช้ในการต่อประกบและการสังเคราะห์โปรตีน แต่ mRNA ที่โตเต็มที่ยังไม่สามารถทำงานกับเซลล์ได้ ต้องแปลเป็นโปรตีนที่เข้ารหัส กฎสำหรับการแปลจาก "language" ของกรดนิวคลีอิกเป็นโปรตีนคือ รหัสพันธุกรรม . การทดลองที่ทดสอบผลของการกลายพันธุ์ของเฟรมชิฟต์แสดงให้เห็นว่าการลบหรือการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ 1 หรือ 2 ตัวทำให้เกิดการสูญเสียการทำงาน ในขณะที่การลบหรือการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ 3 ตัวทำให้สามารถคงการทำงานไว้ได้มาก นี่แสดงให้เห็นว่าหน่วยการเข้ารหัสคือ 3 นิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์ทริปเปิ้ลที่เข้ารหัสกรดอะมิโนเรียกว่าa โคดอน . นิวคลีโอไทด์สามกลุ่มแต่ละกลุ่มเข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัว เนื่องจากมีการรวม 64 นิวคลีโอไทด์ 4 ตัวที่ถ่ายครั้งละ 3 ตัวและมีกรดอะมิโนเพียง 20 ตัวเท่านั้น รหัสคือ เสื่อมโทรม (ในกรณีส่วนใหญ่มีโคดอนมากกว่าหนึ่งโคดอนต่อกรดอะมิโน) โมเลกุลอะแดปเตอร์สำหรับการแปลคือ tRNA . tRNA ที่มีประจุมีกรดอะมิโนอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง และอีกด้านหนึ่งมีแอนติโคดอนสำหรับจับคู่โคดอนใน mRNA เช่น มัน "s ภาษา" ของกรดนิวคลีอิกที่ปลายด้านหนึ่งและ "language" ของโปรตีนที่ปลายอีกด้านหนึ่ง เครื่องจักรสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนภายใต้เทมเพลต mRNA คือ ไรโบโซม .

รูปที่ 3.4.1. tRNAs ทำหน้าที่เป็นตัวปรับต่อสำหรับการแปลจากกรดนิวคลีอิกเป็นโปรตีน

ก. ขนาดของโคดอน : 3 นิวคลีโอไทด์

1. สามคือจำนวนนิวคลีโอไทด์ขั้นต่ำต่อโคดอนที่จำเป็นในการเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ตัว

NS. กรดอะมิโน 20 ชนิดถูกเข้ารหัสโดยการรวมกันของ 4 นิวคลีโอไทด์

NS. ถ้าโคดอนเป็นสองนิวคลีโอไทด์ ชุดของชุดค่าผสมทั้งหมดสามารถเข้ารหัสได้เท่านั้น

ค. ด้วยนิวคลีโอไทด์สามชนิด ชุดของชุดค่าผสมทั้งหมดสามารถเข้ารหัส

(กล่าวคือ นิวคลีโอไทด์สี่ชนิดรวมกัน 64 ชนิดที่นำมารวมกันสามครั้ง)

2. ผลลัพธ์ของการผสมผสานของการกลายพันธุ์ของ frameshift แสดงให้เห็นว่าโค้ดอยู่ในแฝดสาม

ความยาว‑การเปลี่ยนแปลงการกลายพันธุ์ที่เพิ่มหรือลบหนึ่งหรือสองนิวคลีโอไทด์มีฟีโนไทป์ที่มีข้อบกพร่องอย่างรุนแรง (พวกมันเปลี่ยนกรอบการอ่าน ดังนั้นลำดับกรดอะมิโนทั้งหมดหลังจากการกลายพันธุ์จะเปลี่ยนไป) แต่สิ่งที่เพิ่มหรือลบสามนิวคลีโอไทด์มีผลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ในกรณีหลัง กรอบการอ่านจะคงอยู่ โดยมีการแทรกหรือการลบกรดอะมิโนที่ตำแหน่งเดียว การรวมกันของการลบนิวคลีโอไทด์เดี่ยวที่แตกต่างกันสามตัว (หรือการแทรก) ซึ่งแต่ละอันมีฟีโนไทป์ที่สูญเสียจากการทำงานแยกกัน สามารถคืนค่าการทำงานที่สำคัญของยีนได้ กรอบการอ่านแบบไวด์จะถูกกู้คืนหลังจากการลบครั้งที่ 3 (หรือการแทรก)

ข. การทดลองถอดรหัสรหัส

1. มีการพัฒนาระบบปลอดเซลล์ที่แตกต่างกันหลายระบบซึ่ง เร่งการสังเคราะห์โปรตีน. ความสามารถในการแปลในหลอดทดลองนี้เป็นหนึ่งในความก้าวหน้าทางเทคนิคที่จำเป็นเพื่อให้ผู้ตรวจสอบสามารถระบุรหัสพันธุกรรมได้

NS. เรติคูโลไซต์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (กระต่าย): ไรโบโซมสร้างโกลบินจำนวนมากอย่างแข็งขัน

2. ความสามารถในการ สังเคราะห์พอลินิวคลีโอไทด์แบบสุ่ม เป็นการพัฒนาที่สำคัญอีกประการหนึ่งเพื่อให้การทดลองถอดรหัสรหัสได้

S. Ochoa แยกเอนไซม์ พอลินิวคลีโอไทด์ ฟอสโฟรีเลสและพบว่าสามารถเชื่อมนิวคลีโอไซด์ได้ ดิ ฟอสเฟต (NDPs) ไปเป็นพอลิเมอร์ของ NMPs (RNA) ในปฏิกิริยาผันกลับได้

nNDP EQ O( , ) (NMP) n + nP ผม

หน้าที่ทางสรีรวิทยาของพอลินิวคลีโอไทด์ฟอสโฟรีเลสคือการเร่งปฏิกิริยาย้อนกลับ ซึ่งใช้ในการย่อยสลายอาร์เอ็นเอ อย่างไรก็ตาม ในระบบที่ปราศจากเซลล์ ปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีประโยชน์มากสำหรับการสร้างพอลิเมอร์ RNA แบบสุ่ม

3. การสังเคราะห์โปรแกรม Homopolymers ของ specfic homo‑polypeptides

(Nirenberg และ Matthei, 1961).

NS. หากคุณจัดเตรียม UDP ไว้เป็นซับสเตรตสำหรับพอลินิวคลีโอไทด์ ฟอสโฟรีเลส ผลิตภัณฑ์จะเป็นโฮโมโพลีเมอร์โพลี (U)

NS. การเติมโพลี (U) ลงในระบบการแปลในหลอดทดลอง (เช่น E. coli lysates) ส่งผลให้เกิดโพลีเปปไทด์ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ของโพลีฟีนิลอะลานีน

NS. ในทำนองเดียวกัน โปรแกรมการสังเคราะห์ poly(A) ของ poly‑Lys AAA จะเข้ารหัส Lys

การสังเคราะห์โปรแกรม Poly(C) ของ poly‑Pro CCC เข้ารหัส Pro

Poly(G) โปรแกรมการสังเคราะห์ของ poly‑Gly GGG เข้ารหัส Gly

4. ใช้ผสม co‑พอลิเมอร์

NS. ถ้า NDP สองตัวผสมกันในอัตราส่วนที่ทราบ โพลีนิวคลีโอไทด์ ฟอสโฟรีเลสจะสร้างโค‑พอลิเมอร์ผสมซึ่งนิวคลีโอไทด์ถูกรวมเข้าที่ความถี่ตามสัดส่วนกับการมีอยู่ของมันในของผสมดั้งเดิม

NS. ตัวอย่างเช่น พิจารณาส่วนผสม A:C แบบ 5:1 เอนไซม์จะใช้ ADP 5/6 ของเวลา และ CDP 1/6 ของเวลา ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่เป็นไปได้คือ:

ตาราง 3.4.1. ความถี่ของแฝดสามในพอลิ (AC) (5:1) สุ่มโคพอลิเมอร์

ค. ดังนั้นความถี่ที่ AAA จะเกิดขึ้นในโค‑พอลิเมอร์คือ

นี่จะเป็นโคดอนที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุด และสามารถทำให้เป็นมาตรฐานได้ 1.0 (0.578/0.578 = 1.0)

NS. ความถี่ที่ codon ที่มี 2 A และ 1 C จะเกิดขึ้นคือ

มีสามวิธีในการมี 2 A และ 1 C นั่นคือ AAC, ACA และ CAA

ดังนั้นความถี่ของการเกิดโคดอน A 2 C ทั้งหมดคือ 3 x 0.116

การปรับมาตรฐานให้เป็น AAA ที่มีความถี่สัมพัทธ์ 1.0 ความถี่ของโคดอน A 2 C คือ 3 x (0.116/0.578) = 3 x 0.2

อี ตรรกะที่คล้ายกันแสดงให้เห็นว่าความถี่ที่คาดหวังของโคดอน AC 2 คือ 3 x 0.04 และความถี่ที่คาดหวังของ CCC คือ 0.01

ตาราง 3.4.2. การรวมกรดอะมิโนกับโพลี (AC) (5:1) เป็นแม่แบบ

ข้อมูลเหล่านี้มาจาก Speyer และคณะ (1963) การประชุมวิชาการ Cold Spring Harbor ในชีววิทยาเชิงปริมาณ, 28:559. การรวมตัวทางทฤษฎีคือค่าที่คาดหวังโดยให้รหัสพันธุกรรมตามที่ถูกกำหนดในภายหลัง

NS. เมื่อส่วนผสมของโคพอลิเมอร์ผสมนี้ใช้ในการโปรแกรมการแปลในหลอดทดลอง Lys จะถูกรวมเข้าไว้บ่อยที่สุด ซึ่งสามารถแสดงเป็น 100 ได้ ซึ่งเป็นการยืนยันว่า AAA เข้ารหัส Lys

NS. เทียบกับ Lys ที่รวมกันเป็น 100, Thr, Asn และ Gln ถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยค่า 24 ถึง 26 ซึ่งใกล้เคียงกับความคาดหวังของกรดอะมิโนที่เข้ารหัสโดย codon A 2 C ตัวใดตัวหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเหล่านี้ไม่ได้แสดงว่าโคดอน A 2 C ตัวใดเข้ารหัสกรดอะมิโนจำเพาะแต่ละตัว ตอนนี้เราทราบแล้วว่า ACA เข้ารหัส Thr, AAC เข้ารหัส Asn และ CAA เข้ารหัส Gln

ชม. Pro และ His ถูกรวมเข้ากับค่า 6 และ 7 ซึ่งใกล้เคียงกับ 4 ที่คาดไว้สำหรับกรดอะมิโนที่เข้ารหัสโดย AC 2 codons เช่น. CCA เข้ารหัส Pro, CAC เข้ารหัส His ACC เข้ารหัส Thr แต่การรวมเข้าด้วยกันนี้ถูกบดบังด้วยหน่วยการรวมตัวกัน 26.5 ที่ ACA หรือแม่นยำยิ่งขึ้น 26.5 @ 20 (ACA) + 4 (ACC) สำหรับ Thr.

5. โคดอนไตรนิวคลีโอไทด์ที่กำหนดไว้จะกระตุ้นการจับของอะมิโนอะซิล‑tRNAs กับไรโบโซม

NS. ที่ความเข้มข้นสูงของ Mg cations กลไกการเหนี่ยวนำปกติซึ่งต้องการ f‑Met‑tRNA f สามารถถูกแทนที่ และ trinucleotides ที่กำหนดสามารถใช้เพื่อควบคุมการจับของ aminoacyl‑tRNAs ที่ติดฉลากโดยเฉพาะกับไรโบโซม

NS. เช่น. ถ้าไรโบโซมผสมกับ UUU และ Phe‑tRNA phe ที่ติดฉลากกัมมันตภาพรังสี ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ จะเกิดสารเชิงซ้อนสามส่วนขึ้นซึ่งจะเกาะติดกับไนโตรเซลลูโลส ("Millipore assay" ที่ตั้งชื่อตามผู้ผลิตไนโตรเซลลูโลส)

ค. จากนั้นเราสามารถทดสอบการรวมกันที่เป็นไปได้ทั้งหมดของนิวคลีโอไทด์แฝด

ข้อมูลจาก Nirenberg และ Leder (1964) วิทยาศาสตร์ 145:1399

6. พอลินิวคลีโอไทด์สังเคราะห์ที่มีลำดับซ้ำ (โคราน่า)

NS. โคโพลีเมอร์แบบสลับ: เช่น (UC) n ตั้งโปรแกรมการรวมตัวของ Ser และ Leu

ดังนั้น UCU และ CUC จึงเข้ารหัส Ser และ Leu แต่ไม่สามารถบอกได้ว่าอันไหน แต่ร่วมกับข้อมูลอื่นๆ เช่น โคพอลิเมอร์ผสมแบบสุ่มในหัวข้อที่ 4 ด้านบน เราสามารถกำหนดขั้นสุดท้ายได้ งานต่อมาดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า UCU เข้ารหัส Ser และ CUC เข้ารหัส Leu

NS. โปรแกรม poly(AUG) ที่รวม poly‑Met และ poly‑Asp ที่ความเข้มข้น Mg สูง AUG เข้ารหัส Met, UGA คือจุดหยุด ดังนั้น GUA ต้องเข้ารหัส Asp

1. โดยการรวบรวมข้อสังเกตจากการทดลอง เช่น ที่ได้สรุปไว้ในส่วนก่อนหน้า ความสามารถในการเข้ารหัสของแต่ละกลุ่มที่มี 3 นิวคลีโอไทด์ถูกกำหนด นี้เรียกว่า รหัสพันธุกรรม . สรุปไว้ในตาราง 3.4.4 สิ่งนี้บอกเรา วิธีที่เซลล์แปลจาก "language" ของกรดนิวคลีอิก (พอลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์) ของโปรตีน (พอลิเมอร์ของกรดอะมิโน)

ความรู้เกี่ยวกับรหัสพันธุกรรมช่วยให้สามารถทำนายลำดับกรดอะมิโนของยีนที่มีลำดับได้ ลำดับจีโนมที่สมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดได้เปิดเผยยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้จำนวนมาก งานปัจจุบันที่สำคัญกำลังพยายามกำหนดกิจกรรมและหน้าที่ให้กับโปรตีนที่ค้นพบใหม่เหล่านี้

ตาราง 3.4.4. รหัสพันธุกรรม

* บางครั้งใช้เป็น codon ตัวเริ่มต้น

2. จากทั้งหมด 64 codons, 61 encode amino acids และ 3 ตัวระบุการสิ้นสุดของการแปล

NS. NS ความเสื่อม ของรหัสพันธุกรรมหมายถึงความจริงที่ว่ากรดอะมิโนส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยโคดอนมากกว่าหนึ่งตัว ข้อยกเว้นคือเมไทโอนีน (AUG) และทริปโตเฟน (UGG)

NS. ความเสื่อมจะพบส่วนใหญ่อยู่ในตำแหน่งที่สาม ดังนั้น การแทนที่นิวคลีโอไทด์เดี่ยวที่ตำแหน่งที่สามอาจไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในกรดอะมิโนที่เข้ารหัส เหล่านี้เรียกว่า เงียบ หรือ ตรงกัน การแทนที่นิวคลีโอไทด์ พวกเขาไม่เปลี่ยนแปลงโปรตีนที่เข้ารหัส นี้จะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

ค. รูปแบบของความเสื่อมทำให้เราสามารถจัดระเบียบ codon เป็น "ครอบครัว " และ " คู่ ". ในโคดอน 9 กลุ่ม นิวคลีโอไทด์ที่ตำแหน่งสองตำแหน่งแรกคือ เพียงพอ เพื่อระบุกรดอะมิโนเฉพาะตัว และนิวคลีโอไทด์ใดๆ (ตัวย่อ N) ที่ตำแหน่งที่สามเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวเดียวกันนั้น ประกอบด้วย 9 codon "families" ตัวอย่างคือการเข้ารหัส ACN threonine

"pairs" มีโคดอน 13 ตัว ซึ่งนิวคลีโอไทด์ที่ตำแหน่งสองตำแหน่งแรกเพียงพอที่จะระบุกรดอะมิโนสองตัว นิวคลีโอไทด์พิวรีน (R) ที่ตำแหน่งที่สามระบุกรดอะมิโนหนึ่งตัว ในขณะที่นิวคลีโอไทด์ไพริมิดีน (Y) ที่ตำแหน่งที่สามระบุกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่ง

ตัวอย่างเหล่านี้เพิ่มมากกว่า 20 (จำนวนกรดอะมิโน) เนื่องจากลิวซีน (เข้ารหัสโดย UUR และ CUN), ซีรีน (เข้ารหัสโดย UCN และ AGY) และอาร์จินีน (เข้ารหัสโดย CGN และ AGR) ถูกเข้ารหัสโดยทั้งตระกูลโคดอนและ โคดอนคู่. โคดอน UAR ที่ระบุการสิ้นสุดการแปลถูกนับเป็นคู่โคดอน

สาม codon ที่เข้ารหัส isoleucine (AUU, AUC และ AUA) อยู่กึ่งกลางระหว่างตระกูล codon และคู่ codon

อี โคดอนสำหรับลิวซีนและอาร์จินีน ที่มีทั้งตระกูลโคดอนและคู่โคดอน ให้ตัวอย่างบางส่วนของความเสื่อมในตำแหน่งแรกของโคดอน ตัวอย่างเช่น ทั้ง UUA และ CUA เข้ารหัสลิวซีน ไม่พบความเสื่อมที่ตำแหน่งที่สองของ codon สำหรับ codon ที่เข้ารหัสกรดอะมิโน การเกิดความเสื่อมของตำแหน่งที่สองเพียงอย่างเดียวคือสำหรับ codon การสิ้นสุด UAA และ UGA

4. กรดอะมิโนที่คล้ายคลึงกันทางเคมีมักมีโคดอนเหมือนกัน.

เช่น. กรดอะมิโนที่ชอบน้ำมักจะเข้ารหัสโดยโคดอนที่มี U ในตำแหน่งที่ 2 และโคดอนทั้งหมดที่มี U ที่ตำแหน่งที่ 2 จะเข้ารหัสกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ

5. codon หลักที่ระบุการเริ่มต้นการแปลคือ AUG .

แบคทีเรียยังสามารถใช้ GUG หรือ UUG และแทบไม่มี AUU และอาจเป็น CUG โดยใช้ข้อมูลจากยีน 4288 ยีนที่ระบุโดยลำดับจีโนมที่สมบูรณ์ของ อี. โคไล , ความถี่ของการใช้ codon ในการเริ่มต้นถูกกำหนดดังต่อไปนี้:

AUG ใช้สำหรับยีน 3542

GUG ใช้สำหรับ 612 ยีน

UUG ใช้สำหรับ 130 ยีน

CUG อาจใช้สำหรับ 1 ยีน

ไม่ว่า codon ใดจะใช้สำหรับการเริ่มต้น กรดอะมิโนตัวแรกที่รวมระหว่างการแปลคือ f-Met ในแบคทีเรีย

6. สาม codons ระบุการสิ้นสุดของการแปล: UAA, UAG, UGA .

ในสาม codon นี้ UAA ถูกใช้บ่อยที่สุดใน อี. โคไล ตามด้วย UGA UAG ใช้น้อยกว่ามาก

UAA ใช้สำหรับยีน 2705

UGA ใช้สำหรับ 1257 ยีน

UAG ใช้สำหรับ 326 ยีน

7. รหัสพันธุกรรมคือ เกือบ สากล .

ในข้อยกเว้นที่ไม่ค่อยพบของกฎนี้ ความแตกต่างจากรหัสพันธุกรรมนั้นค่อนข้างน้อย ตัวอย่างเช่น ข้อยกเว้นประการหนึ่งคือ RNA จาก DNA ของไมโตคอนเดรีย โดยที่ทั้ง UGG และ UGA เข้ารหัส Trp

ง. การใช้ดิฟเฟอเรนเชียลโคดอน

1. สายพันธุ์ต่างๆ มีรูปแบบการใช้ codon ที่แตกต่างกัน

เช่น. อาจใช้ 5' UUA เพื่อเข้ารหัส Leu 90% ของเวลา (กำหนดโดยลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนจำนวนมาก) มันไม่สามารถใช้ CUR และการรวมกันของ UUG กับ CUY อาจคิดเป็น 10% ของ codon

2. ความอุดมสมบูรณ์ของ tRNA สัมพันธ์กับการใช้โคดอนใน mRNA ตามธรรมชาติ

ในตัวอย่างนี้ tRNA Leu ที่มี 3' AAU ที่แอนติโคดอนจะมีจำนวนมากที่สุด

3. รูปแบบการใช้ codon อาจเป็น a ตัวทำนาย ของระดับการแสดงออกของยีน โดยทั่วไป ยีนที่แสดงออกอย่างสูงมักจะใช้ codon ที่มักใช้ในยีนในส่วนที่เหลือของจีโนม ซึ่งได้รับการวัดปริมาณเป็น "codon ดัชนีการปรับตัว" ดังนั้นในการวิเคราะห์จีโนมที่สมบูรณ์ ยีนที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ซึ่งมีโปรไฟล์การใช้ codon ตรงกับการใช้ codon ที่ต้องการสำหรับสิ่งมีชีวิตจะมีคะแนนสูงในดัชนีการปรับตัวของ codon และเสนอว่ามันเป็นยีนที่แสดงออกอย่างมาก ในทำนองเดียวกัน ตัวที่มีคะแนนต่ำในดัชนีอาจเข้ารหัสโปรตีนที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ

การสังเกตยีนที่มีรูปแบบการใช้ codon ที่แตกต่างจากยีนที่เหลืออย่างมากบ่งชี้ว่ายีนนี้อาจเข้าสู่จีโนมโดยการถ่ายโอนในแนวนอนจากสายพันธุ์อื่น

4. การใช้ codon ที่ต้องการถือเป็นข้อพิจารณาที่มีประโยชน์ใน "reverse Genetics" หากคุณทราบแม้กระทั่งลำดับกรดอะมิโนบางส่วนของโปรตีนและต้องการแยกยีนสำหรับโปรตีนนั้น ก็สามารถกำหนดตระกูลของลำดับ mRNA ที่สามารถเข้ารหัสลำดับกรดอะมิโนนี้ได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากความเสื่อมในโค้ด ลำดับกลุ่มนี้อาจมีขนาดใหญ่มากเนื่องจากมีแนวโน้มว่าจะใช้ลำดับเหล่านี้เป็นโพรบไฮบริไดเซชันหรือไพรเมอร์ PCR ยิ่งตระกูลของลำดับที่เป็นไปได้มากเท่าใด ก็ยิ่งมีโอกาสมากขึ้นที่จะได้รับไฮบริไดเซชันกับลำดับเป้าหมายที่แตกต่างจากลำดับที่ต้องการ ดังนั้น เราต้องการจำกัดจำนวนของลำดับที่เป็นไปได้ และโดยอ้างถึงตารางของการตั้งค่า codon (สมมติว่าพวกมันเป็นที่รู้จักสำหรับสิ่งมีชีวิตที่น่าสนใจ) จากนั้นเราสามารถใช้ codon ที่ต้องการมากกว่า codons ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ซึ่งจะจำกัดจำนวนของลำดับที่ต้องทำเป็นโพรบหรือไพรเมอร์ไฮบริไดเซชัน

E. วอกแวกในแอนติโคดอน

"วอกแวก" เป็นคำที่ใช้อ้างถึงความจริงที่ว่า non‑วัตสัน‑คริกเบสจับคู่ได้ระหว่างตำแหน่งที่ 3 ของโคดอนและตำแหน่งที่ 1 ของแอนติโคดอน . ในทางตรงกันข้าม สองตำแหน่งแรกของ codon จะสร้างคู่เบส Watson-Crick ปกติกับสองตำแหน่งสุดท้ายของ anticodon

ความยืดหยุ่นที่ตำแหน่ง "wobble" นี้ทำให้ tRNA บางตัวจับคู่กับ codon สองหรือสามตัว ซึ่งจะช่วยลดจำนวน tRNA ที่จำเป็นสำหรับการแปล

กฎ wobble ต่อไปนี้หมายความว่า 61 codon (สำหรับ 20 กรดอะมิโน) สามารถอ่านได้เพียง 31 anticodons (หรือ 31 tRNAs)

นอกจากคู่เบสปกติแล้ว หนึ่งสามารถมีคู่ G‑U และฉันอยู่ใน anticodon ตำแหน่งที่ 1 สามารถจับคู่กับ U, C หรือ A .


D7. ฟอสฟอรีเลชันและการควบคุมการแสดงออกของยีน

  • สนับสนุนโดย Henry Jakubowski
  • ศาสตราจารย์ (เคมี) ที่ College of St. Benedict/St. มหาวิทยาลัยจอห์น

วิธีทั่วไปในการควบคุมการแสดงออกของยีนคือการควบคุมฟอสโฟรีเลชั่นหลังการแปลของปัจจัยการถอดรหัสโดย ATP การปรับเปลี่ยนนี้อาจกระตุ้นหรือยับยั้งปัจจัยการถอดรหัสในการเปิดการแสดงออกของยีน กลุ่มฟอสเฟตที่เพิ่มเข้ามาอาจจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาการจับโดยตรงที่นำไปสู่การถอดรหัสยีน หรืออาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในปัจจัยการถอดรหัส ซึ่งสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัสของยีน ตัวอย่างล่าสุดของกรณีหลังนี้คือการควบคุมกิจกรรมของปัจจัยการถอดรหัส p53 p53 มีกิจกรรมมากมายในเซลล์ ซึ่งเป็นกิจกรรมหลักที่เป็นตัวยับยั้งการเติบโตของเซลล์เนื้องอก กระตุ้นและยับยั้งยีนจำนวนมากในกระบวนการนี้ หากเซลล์ได้รับความเครียดซึ่งส่งผลให้เกิดความเสียหายทางพันธุกรรม (เหตุการณ์ที่อาจทำให้เซลล์เปลี่ยนเป็นเซลล์เนื้องอก) โปรตีนนี้จะกลายเป็นปัจจัยการถอดรหัสที่ออกฤทธิ์ ซึ่งนำไปสู่การแสดงออกของยีนจำนวนมาก รวมทั้งเซลล์ที่เกี่ยวข้องในโปรแกรม การควบคุมความตายและวัฏจักรเซลล์ ผลกระทบทั้งสองนี้สามารถยับยั้งการเพิ่มจำนวนเซลล์ได้อย่างชัดเจน ดังนั้น p53 จึงเป็นยีนต้านเนื้องอก p53 มักจะจับกับโปรตีน HDM2 ซึ่งควบคุมการทำงานของมันลงโดยนำไปสู่การย่อยสลายของมัน สัญญาณความเครียดนำไปสู่การกระตุ้นโปรตีนไคเนสในเซลล์ (เช่น p38, JNK และ cdc2) ทำให้เกิดฟอสโฟรีเลชันของ Ser 33 และ 315 และ Thr 81 ใน p53 สิ่งนี้นำไปสู่การผูกมัดของพิน 1 ซึ่งเป็นไอโซเมอเรส peptidyl-prolyl ซึ่งกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของทรานส์<=>cis ของขอบเขต X-Pro พิน 1 ดูเหมือนจะผูกเมื่อ p53 เป็นฟอสโฟรีเลตเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงที่ตามมาในรูปแบบ p53 น่าจะนำไปสู่การเปิดใช้งานเป็นปัจจัยการถอดรหัส

รูป: การเปิดใช้งานของ p53 เป็นปัจจัยการถอดรหัสโดยฟอสโฟรีเลชันและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

p53 เชื่อมโยงกับองค์ประกอบการตอบสนอง p53 (p53RE) ดังที่แสดงด้านบน การทำเช่นนี้สามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัสยีนได้ องค์ประกอบการตอบสนองประกอบด้วยสอง 10 เมอร์คั่นด้วยตัวเว้นวรรคของนิวคลีโอไทด์ 0-13 และมีโครงสร้างตามรูปแบบบัญญัติต่อไปนี้: RRRCWWGYYYspacerRRRCWWGYYY ด้วย W = A หรือ T, R = C หรือ G และ Y = C หรือ T CWWG จำเป็นต้องมีบรรทัดฐานสำหรับการจับ p53 ที่มีสัมพรรคภาพสูงกับองค์ประกอบการตอบสนอง การสลับกันในนิวคลีโอไทด์อื่น ๆ จะปรับการผูกมัดและอาจสั่งให้ p53 กระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัสจากโปรโมเตอร์ ยีนมากกว่า 1,500 ยีนที่มี p53RE ได้รับการระบุโดยยีนเหล่านี้จำนวนมากถูกกดขี่โดยการจับ p53 พบไซต์การจับที่มีสัมพรรคภาพสูงที่แตกต่างกันมากกว่า 500 แห่งสำหรับ p53 โดยใช้ไมโครอาร์เรย์ Wang et al ได้เปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์ใน p53RE อย่างเป็นระบบซึ่งเชื่อมโยงกับโปรโมเตอร์ที่ควบคุมยีน luciferase (ซึ่งในการกระตุ้นและการผลิตโปรตีน luciferase สามารถตรวจสอบได้โดยการเปล่งแสงโดยการเพิ่มสารตั้งต้น lucifein ซึ่งปล่อยโฟตอนเมื่อทำปฏิกิริยากับไดออกซิเจน พวกเขาเลือก p53RE และโปรโมเตอร์สำหรับยีนที่แตกต่างกันสองยีน p21 ซึ่งทราบว่าการถอดรหัสถูกเปิดใช้งานโดย p53 และ Lasp1 ซึ่งการถอดความถูกกดขี่ ตัวเลขที่แสดงถึงลำดับบัญญัติสำหรับทั้งการเปิดใช้งานและการกดขี่ p53RE แสดงอยู่ด้านล่าง (ดูรายละเอียดในคำอธิบายด้านล่างสำหรับรายละเอียด คำอธิบาย) ลำดับไดนิวคลีโอไทด์ระหว่างมาตรฐาน C และ G ในแต่ละ 10mer เป็นปัจจัยกำหนดว่า p53 จะนำไปสู่การกระตุ้นหรือการยับยั้งสำหรับการถอดรหัสจากโปรโมเตอร์ที่ควบคุมโดยองค์ประกอบการตอบสนองหรือไม่

รูปภาพ: ลำดับ Canonical สำหรับทั้งการเปิดใช้งานและการกด p53RE

แต่ละ weblogo ด้านบน (http://weblogo.berkeley.edu/logo.cgi ) ประกอบด้วยตัวอักษรหนึ่งกอง หนึ่งกองสำหรับแต่ละตำแหน่งในลำดับ ความสูงโดยรวมของแต่ละกองแสดงถึงการอนุรักษ์ลำดับที่ตำแหน่งนั้น (วัดเป็นบิต) ในขณะที่ความสูงของสัญลักษณ์ภายในกองสะท้อนความถี่สัมพัทธ์ของกรดอะมิโนหรือกรดนิวคลีอิกที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งนั้น

ความสามารถในการปราบปรามของโปรตีน p53 ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง แต่ดูเหมือนว่าจะมีการทำงานเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับกลไกทุติยภูมิถ้ามี งานของ Wang et al พยายามแก้ไขปัญหานี้ ผ่านการแทนที่ต่างๆ ของลำดับคู่เบส พวกเขาพบว่าองค์ประกอบหลักสององค์ประกอบดูเหมือนจะส่งผลต่อการทำงานของโปรตีนนี้ ประการแรก การจัดเรียงตัวของโปรโมเตอร์ไดนิวคลีโอไทด์ส่งผลกระทบโดยตรงไม่ว่า p53 จะทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งหรือตัวกระตุ้นหรือไม่ ชุดค่าผสมบางชุดจะรับประกันฟังก์ชันบางอย่าง ในขณะที่ชุดค่าผสมอื่นๆ จะขึ้นอยู่กับพื้นหลังครึ่งไซต์มากกว่า โดยรวมแล้วแกนไดนิวคลีโอไทด์ดูเหมือนจะมีบทบาทสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของ p53 ต่อองค์ประกอบการตอบสนอง วิธีหลักที่สองที่แก้ไขฟังก์ชันของ p53 ได้คือการใช้ลวดลายปีกสามชั้นด้านข้าง นี่หมายความว่านิวคลีโอไทด์แฝดสามบางตัวที่อยู่ในลำดับคู่เบสโดยเฉพาะสามารถเข้ารหัสเพื่อการกระตุ้นที่ดีได้ เมื่อพิจารณาจากการแทนที่ชุดค่าผสม � ชุดรวมของลายขนาบสามชั้นสังเคราะห์� ที่ครอบคลุมแล้ว ชุดค่าผสม RRR-YYY:RRR-YYY ดูเหมือนจะให้การเปิดใช้งานสูงสุด นอกจากนี้ ผู้เขียนยังได้ทบทวนหน้าที่ของโปรตีน p53 ที่รายงานไปก่อนหน้านี้ พวกเขาพบว่าโปรตีนบางชนิดที่คิดว่าสามารถกระตุ้นได้จริง ๆ แล้วยับยั้งและบางชนิดที่คิดว่าจะยับยั้งก็ถูกกระตุ้น เป็นผลให้พวกเขายืนกรานที่จะให้ความสำคัญกับลำดับคู่เบสและหลีกเลี่ยงการเบี่ยงเบน หลังจากตรวจสอบการศึกษาของพวกเขา เป็นที่ชัดเจนว่าโปรตีน p53 ไม่สามารถกำหนดให้เป็นโปรตีนฟังก์ชันเดียวต่อไปได้ แต่จากหลักฐานที่นำเสนอโดยผู้เขียน โปรตีนสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งตัวยับยั้งหรือตัวกระตุ้น การเปลี่ยนโฟกัสนี้บอกเป็นนัยว่าจำเป็นต้องประเมินโปรตีน p53 ที่วิเคราะห์ก่อนหน้านี้อีกครั้งเพื่อตรวจสอบลักษณะที่แท้จริงของหน้าที่ของพวกมัน


จีโนม E. coli เป็นจีโนมแรกที่มีการจัดลำดับอย่างสมบูรณ์ (ในปี 1997) เป็นผลให้ E. coli เป็นจุลินทรีย์ที่มีการศึกษามากที่สุด ความรู้ขั้นสูงเกี่ยวกับกลไกการแสดงออกของโปรตีนทำให้ง่ายต่อการใช้สำหรับการทดลองซึ่งจำเป็นต้องมีการแสดงออกของโปรตีนแปลกปลอมและการคัดเลือกสารพันธุกรรม (สารพันธุกรรมที่แตกต่างกัน)

เทคนิคการโคลนยีนส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาโดยใช้แบคทีเรียนี้ และยังคงประสบความสำเร็จหรือมีประสิทธิภาพใน E. coli มากกว่าในจุลินทรีย์อื่นๆ เป็นผลให้การเตรียมเซลล์ที่มีความสามารถ (เซลล์ที่จะรับ DNA ต่างประเทศ) จึงไม่ซับซ้อน การเปลี่ยนแปลงกับจุลินทรีย์อื่น ๆ มักจะประสบความสำเร็จน้อยกว่า


ยีน

มนุษย์มียีนประมาณ 20,000 ถึง 23,000 ยีน

ยีนประกอบด้วยกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) DNA มีรหัสหรือพิมพ์เขียวที่ใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน ยีนมีขนาดแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับขนาดของโปรตีนที่พวกมันเข้ารหัส โมเลกุลดีเอ็นเอแต่ละโมเลกุลมีลักษณะเป็นเกลียวคู่ยาวคล้ายบันไดเวียนที่มีขั้นตอนนับล้าน ขั้นตอนของบันไดประกอบด้วยโมเลกุลสี่ประเภทที่เรียกว่าเบส (นิวคลีโอไทด์) ในแต่ละขั้นตอน อะดีนีนที่เป็นเบส (A) ถูกจับคู่กับไทมีนที่เป็นเบส (T) หรือกวานีนที่เป็นเบส (G) ถูกจับคู่กับไซโตซีนที่เป็นเบส (C) โมเลกุล DNA ที่ยาวมากแต่ละอันพันกันอยู่ภายในโครโมโซมตัวใดตัวหนึ่ง

โครงสร้างของ DNA

DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) เป็นสารพันธุกรรมของเซลล์ ซึ่งบรรจุอยู่ในโครโมโซมภายในนิวเคลียสของเซลล์และไมโตคอนเดรีย

ยกเว้นบางเซลล์ (เช่น เซลล์อสุจิ เซลล์ไข่ และเซลล์เม็ดเลือดแดง) นิวเคลียสของเซลล์ประกอบด้วยโครโมโซม 23 คู่ โครโมโซมประกอบด้วยยีนจำนวนมาก ยีนเป็นส่วนหนึ่งของ DNA ที่ให้รหัสในการสร้างโปรตีน

โมเลกุล DNA มีลักษณะเป็นเกลียวคู่ยาวคล้ายบันไดเวียน ในนั้น เส้นใยสองเส้นที่ประกอบด้วยน้ำตาล (ดีออกซีไรโบส) และโมเลกุลฟอสเฟต เชื่อมต่อกันด้วยโมเลกุลสี่คู่ที่เรียกว่าเบส ซึ่งเป็นขั้นบันได ในขั้นบันได อะดีนีนจะจับคู่กับไทมีน และกวานีนกับไซโตซีน ฐานแต่ละคู่ถูกยึดไว้ด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจน ยีนประกอบด้วยลำดับเบส ลำดับของรหัสเบสสามชุดสำหรับกรดอะมิโน (กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน) หรือข้อมูลอื่นๆ

การสังเคราะห์โปรตีน

โปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนสายยาวที่เชื่อมโยงกัน มีกรดอะมิโน 20 ชนิดที่สามารถใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนได้—บางชนิดต้องมาจากอาหาร (กรดอะมิโนที่จำเป็น) และบางชนิดสร้างขึ้นจากเอนไซม์ในร่างกาย เมื่อรวมสายโซ่ของกรดอะมิโนเข้าด้วยกัน มันจะพับเข้าหากันเพื่อสร้างโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน เป็นรูปร่างของโครงสร้างพับที่กำหนดหน้าที่ของมันในร่างกาย เนื่องจากการพับถูกกำหนดโดยลำดับที่แม่นยำของกรดอะมิโน ลำดับที่ต่างกันแต่ละลำดับจึงส่งผลให้เกิดโปรตีนต่างกัน โปรตีนบางชนิด (เช่น เฮโมโกลบิน) มีสายโซ่พับหลายสาย คำแนะนำสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนมีการเข้ารหัสภายใน DNA

การเข้ารหัส

ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสภายใน DNA โดยลำดับที่ฐาน (A, T, G และ C) ถูกจัดเรียง รหัสถูกเขียนเป็นสามเท่า นั่นคือฐานถูกจัดเรียงเป็นกลุ่มสามตัว ลำดับเฉพาะของสามเบสในรหัสดีเอ็นเอสำหรับคำสั่งเฉพาะ เช่น การเติมกรดอะมิโนหนึ่งตัวเข้ากับสายโซ่ ตัวอย่างเช่น รหัส GCT (guanine, cytosine, thymine) สำหรับการเติมกรดอะมิโนอะลานีน และรหัส GTT (guanine, thymine, thymine) สำหรับการเติมกรดอะมิโน valine ดังนั้น ลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนจึงถูกกำหนดโดยลำดับของคู่เบสแฝดในยีนสำหรับโปรตีนนั้นบนโมเลกุลดีเอ็นเอ กระบวนการเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสเป็นโปรตีนเกี่ยวข้องกับการถอดความและการแปล

การถอดความและการแปล

การถอดความ เป็นกระบวนการที่ข้อมูลที่เข้ารหัสใน DNA ถูกถ่ายโอน (คัดลอก) ไปยังกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) RNA เป็นสายโซ่ยาวของเบสเหมือนกับสาย DNA ยกเว้นว่า เบสยูราซิล (U) จะมาแทนที่เบสไทมีน (T) ดังนั้น RNA จึงมีข้อมูลที่มีรหัสสามเท่าเช่นเดียวกับ DNA

เมื่อเริ่มต้นการถอดรหัส ส่วนหนึ่งของเกลียวคู่ของ DNA จะเปิดขึ้นและคลายออก สาย DNA ที่คลายออกเส้นหนึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบต่อการสร้าง RNA ที่เสริมกัน สายเสริมของ RNA เรียกว่า messenger RNA (mRNA) mRNA แยกออกจาก DNA ออกจากนิวเคลียส และเดินทางเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ (ส่วนของเซลล์ที่อยู่นอกนิวเคลียส—ดูรูปที่: ภายในเซลล์) ที่นั่น mRNA ยึดติดกับไรโบโซม ซึ่งเป็นโครงสร้างเล็กๆ ในเซลล์ที่มีการสังเคราะห์โปรตีน

กับ แปล รหัส mRNA (จาก DNA) บอกไรโบโซมถึงลำดับและชนิดของกรดอะมิโนที่จะเชื่อมโยงกัน กรดอะมิโนถูกส่งไปยังไรโบโซมโดย RNA ชนิดที่เล็กกว่ามากที่เรียกว่า transfer RNA (tRNA) แต่ละโมเลกุลของ tRNA จะนำกรดอะมิโนหนึ่งตัวมารวมเข้ากับสายโซ่ของโปรตีนที่กำลังเติบโต ซึ่งถูกพับเป็นโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงที่เรียกว่าโมเลกุลของพี่เลี้ยง

การควบคุมการแสดงออกของยีน

ในร่างกายคนเรามีเซลล์หลายประเภท เช่น เซลล์หัวใจ เซลล์ตับ และเซลล์กล้ามเนื้อ เซลล์เหล่านี้มีลักษณะและทำหน้าที่แตกต่างกัน และผลิตสารเคมีที่แตกต่างกันมาก อย่างไรก็ตาม ทุกเซลล์เป็นลูกหลานของเซลล์ไข่ที่ปฏิสนธิเพียงเซลล์เดียว และด้วยเหตุนี้จึงประกอบด้วย DNA เดียวกันโดยพื้นฐานแล้ว เซลล์มีลักษณะและหน้าที่ที่แตกต่างกันมาก เนื่องจากยีนที่ต่างกันถูกแสดงออกในเซลล์ที่ต่างกัน (และในเวลาต่างกันในเซลล์เดียวกัน) ข้อมูลเกี่ยวกับเวลาที่ควรมีการแสดงยีนนั้นถูกเข้ารหัสไว้ใน DNA ด้วย การแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ อายุของบุคคล การมีอยู่ของสัญญาณทางเคมีเฉพาะ และปัจจัยและกลไกอื่นๆ อีกมากมาย ความรู้เกี่ยวกับปัจจัยและกลไกอื่นๆ เหล่านี้ที่ควบคุมการแสดงออกของยีนกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว แต่ปัจจัยและกลไกเหล่านี้จำนวนมากยังคงเข้าใจได้ไม่ดี

กลไกที่ยีนควบคุมซึ่งกันและกันนั้นซับซ้อนมาก ยีนมีเครื่องหมายทางเคมีเพื่อระบุว่าการถอดความควรเริ่มต้นและสิ้นสุดที่ใด สารเคมีต่างๆ (เช่น ฮิสโตน) ในและรอบ ๆ DNA block หรืออนุญาตให้ถอดรหัส นอกจากนี้ สาระของ RNA ที่เรียกว่า antisense RNA สามารถจับคู่กับสายเสริมของ mRNA และบล็อกการแปล

การจำลองแบบ

เซลล์สืบพันธุ์โดยแบ่งเป็นสองส่วน เนื่องจากเซลล์ใหม่แต่ละเซลล์ต้องการชุดของโมเลกุลดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ โมเลกุลดีเอ็นเอในเซลล์เดิมจึงต้องมีการสืบพันธุ์ (ทำซ้ำ) ตัวเองระหว่างการแบ่งเซลล์ การจำลองแบบเกิดขึ้นในลักษณะที่คล้ายกับการถอดรหัส เว้นแต่ว่าโมเลกุลดีเอ็นเอสายคู่ทั้งหมดจะคลายตัวและแยกออกเป็นสองส่วน หลังจากแยกออก ฐานบนแต่ละเกลียวจะผูกกับเบสเสริม (A กับ T และ G กับ C) ที่ลอยอยู่ใกล้เคียง เมื่อกระบวนการนี้เสร็จสิ้น จะมีโมเลกุลดีเอ็นเอสองสายที่เหมือนกันอยู่สองโมเลกุล

การกลายพันธุ์

เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดในระหว่างการจำลองแบบ เซลล์มีฟังก์ชัน "การพิสูจน์อักษร" เพื่อช่วยให้แน่ใจว่าฐานมีการจับคู่อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ยังมีกลไกทางเคมีในการซ่อมแซม DNA ที่คัดลอกมาไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคู่เบสหลายพันล้านคู่ที่เกี่ยวข้อง และความซับซ้อนของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน ความผิดพลาดอาจเกิดขึ้นได้ ข้อผิดพลาดดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ (รวมถึงการได้รับรังสี ยา หรือไวรัส) หรือโดยไม่มีเหตุผลชัดเจน การแปรผันเล็กน้อยของ DNA นั้นพบได้บ่อยมากและเกิดขึ้นในคนส่วนใหญ่ รูปแบบส่วนใหญ่ไม่ส่งผลต่อสำเนาของยีนที่ตามมา ข้อผิดพลาดที่ทำซ้ำในสำเนาต่อมาเรียกว่าการกลายพันธุ์

การกลายพันธุ์ที่สืบทอดมา เป็นสิ่งที่สามารถส่งต่อไปยังลูกหลานได้ การกลายพันธุ์สามารถสืบทอดได้ก็ต่อเมื่อส่งผลต่อเซลล์สืบพันธุ์ (สเปิร์มหรือไข่) การกลายพันธุ์ที่ไม่ส่งผลต่อเซลล์สืบพันธุ์จะส่งผลต่อลูกหลานของเซลล์ที่กลายพันธุ์ (เช่น กลายเป็นมะเร็ง) แต่จะไม่ส่งต่อไปยังลูกหลาน

การกลายพันธุ์อาจไม่ซ้ำกันสำหรับบุคคลหรือครอบครัว และการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายส่วนใหญ่เกิดขึ้นได้ยาก การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นบ่อยจนส่งผลกระทบต่อประชากรมากกว่า 1% เรียกว่าพหุสัณฐาน (เช่น หมู่เลือดมนุษย์ A, B, AB และ O) ความหลากหลายส่วนใหญ่มีผลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยต่อฟีโนไทป์ (the แท้จริง โครงสร้างและหน้าที่ของร่างกายของบุคคล)

การกลายพันธุ์อาจเกี่ยวข้องกับ DNA ส่วนเล็กหรือใหญ่ ขึ้นอยู่กับขนาดและตำแหน่ง การกลายพันธุ์อาจไม่มีผลชัดเจน หรืออาจเปลี่ยนแปลงลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนหรือลดปริมาณโปรตีนที่ผลิตได้ หากโปรตีนมีลำดับกรดอะมิโนต่างกัน โปรตีนก็อาจทำหน้าที่ต่างกันหรือไม่เลยก็ได้ โปรตีนที่ขาดหายไปหรือไม่ทำงานมักเป็นอันตรายหรือถึงแก่ชีวิต ตัวอย่างเช่น ในฟีนิลคีโตนูเรีย การกลายพันธุ์ส่งผลให้เกิดการขาดหรือไม่มีเอนไซม์ฟีนิลอะลานีนไฮดรอกซีเลส การขาดสารอาหารนี้ทำให้กรดอะมิโนฟีนิลอะลานีน (ที่ดูดซึมจากอาหาร) สะสมในร่างกาย ทำให้เกิดความบกพร่องทางสติปัญญาขั้นรุนแรงในที่สุด ในบางกรณี การกลายพันธุ์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เป็นประโยชน์ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของยีนเคียว เมื่อบุคคลได้รับยีนผิดปกติสองสำเนา บุคคลนั้นจะเกิดโรคเคียว อย่างไรก็ตาม เมื่อบุคคลได้รับยีนเซลล์รูปเคียวเพียงสำเนาเดียว (เรียกว่าพาหะ) บุคคลนั้นจะได้รับการป้องกันโรคมาลาเรีย (การติดเชื้อในเลือด) แม้ว่าการป้องกันโรคมาลาเรียสามารถช่วยให้พาหะมีชีวิตรอด แต่โรคเคียวเซลล์ (ในบุคคลที่มียีนสองสำเนา) ทำให้เกิดอาการและภาวะแทรกซ้อนที่อาจทำให้อายุขัยสั้นลง

การคัดเลือกโดยธรรมชาติ หมายถึงแนวคิดที่ว่าการกลายพันธุ์ที่บั่นทอนการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่กำหนดนั้นมีโอกาสน้อยที่จะส่งต่อไปยังลูกหลาน (และดังนั้นจึงกลายเป็นเรื่องธรรมดาน้อยลงในประชากร) ในขณะที่การกลายพันธุ์ที่ช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น ดังนั้นการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์ถึงแม้ในตอนแรกจะหายาก แต่ก็กลายเป็นเรื่องธรรมดาในที่สุด การเปลี่ยนแปลงที่ช้าซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปซึ่งเกิดจากการกลายพันธุ์และการคัดเลือกโดยธรรมชาติในประชากรผสมข้ามพันธุ์รวมกันเรียกว่า วิวัฒนาการ.


ลำดับที่สูงขึ้นของโครงสร้างโปรตีน

ยกเว้นสายโซ่ที่สั้นมาก (สั้นมากจนปกติไม่เรียกว่าโปรตีนด้วยซ้ำ) โพลีเปปไทด์จะโค้งงอและบิดเป็นรูปร่างที่ซับซ้อนเกือบจะทันทีที่สร้างขึ้น ซึ่งนำไปสู่โครงสร้างโปรตีนระดับทุติยภูมิและระดับอุดมศึกษา โครงสร้างทุติยภูมิหมายถึงรูปร่างหรือรูปแบบปกติจำนวนหนึ่งซึ่งก่อตัวขึ้นโดยเป็นผลโดยตรงจากโครงสร้างปฐมภูมิ ส่วนใหญ่ผ่านแรงที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

โครงสร้างรองที่พบมากที่สุดคือเกลียวอัลฟ่า (รูปที่ 9) คิดว่ามันเป็นบันไดเวียนแบบหนึ่ง การหมุนของเกลียวแต่ละรอบประกอบด้วยกรดอะมิโน 3.6 ตัวหรืออีกนัยหนึ่งคือ กรดอะมิโนสี่ตัวประกอบรวมด้วยมากกว่าหนึ่งรอบ โดยทั่วไปแล้วเกลียวอัลฟ่าจะมีกรดอะมิโนประมาณ 10 ตัว ดังนั้นจึงมีสามเทิร์น แต่ก็สามารถสั้นกว่าหรือยาวกว่านี้ได้เช่นกัน สำหรับหน้าที่ของมัน อัลฟ่าเฮลิกส์สามารถให้รูปร่างและความยืดหยุ่นแบบสปริงในระดับต่อไปของโครงสร้างโปรตีน ซึ่งเป็นโครงสร้างระดับตติยภูมิ โปรตีนเหล่านี้จึงมีอยู่ในโปรตีนหลายชนิด แม้แต่โปรตีนขนาดเล็กอย่างอินซูลิน

โครงสร้างทุติยภูมิทั่วไปอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า beta-sheet ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อพันธะไฮโดรเจนดึงส่วนต่างๆ ที่ไม่อยู่ติดกัน หรือ "เส้นเบตา" ของสายพอลิเปปไทด์มาชิดกันเพื่อให้โครงสร้างหลักพับกลับตัวเองหลายครั้ง (ดูรูปที่ 9) . ผลที่ได้คือบริเวณที่มีลักษณะเป็นริบบิ้น ซึ่งเหมือนกับเกลียว มีแนวโน้มที่จะแข็งตัวและเสริมสร้างโปรตีน

โปรตีนขนาดใหญ่มักประกอบด้วยทั้งอัลฟาเฮลิซและบีตาชีตอินซูลินโปรตีนขนาดเล็กช่วยควบคุมการเคลื่อนไหวของกลูโคสจากเลือดเข้าสู่เซลล์โดยควบคุมการทำงานของโปรตีนอีกชนิดหนึ่งคือเอนไซม์เฮกโซคิเนส อย่างไรก็ตาม hexokinase นั้นแตกต่างจากอินซูลินอย่างไรก็ตาม สร้างขึ้นจากกรดอะมิโนมากกว่า 900 ชนิด hexokinase มีส่วนผสมที่ดีของทั้ง alpha-helices และ beta-sheets ในทางกลับกัน เฮโมโกลบินมีลักษณะเป็นเกลียวอัลฟาเกือบทั้งหมด และแอนติบอดีประกอบด้วยเบต้าชีตเกือบทั้งหมด

การมีอยู่ของ alpha-helices และ beta-sheets บวกกับปฏิกิริยาระหว่างกรดอะมิโนต่างๆ ที่ไม่ติดกันในสายโซ่ ทำให้โปรตีนพับและบิดได้มากขึ้น แต่ในรูปแบบที่ไม่เหมือนใครและผิดปกติ นี่คือโครงสร้างระดับตติยภูมิและมีเสถียรภาพไม่เพียงโดยอัลฟาเฮลิซและเบตาชีตที่อยู่ภายในเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสะพานไดซัลไฟด์ (S-S) ระหว่างซีสเตอีนด้วย ในการอธิบายโครงสร้างของอินซูลิน Sanger พบว่าสะพาน SS ดังกล่าวมีส่วนทำให้เกิดโครงสร้างตติยภูมิโดยเชื่อมต่อซีสเตอีนสองตัวที่อยู่ในสาย A ทั้งคู่ แต่ไม่ได้อยู่ติดกันในลำดับกรดอะมิโนหลัก นอกจากนี้เขายังพบสะพาน S-S อีกสองแห่งที่เชื่อมต่อสายโซ่ A กับสายโซ่ B

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยพบว่าโปรตีนขนาดใหญ่มักประกอบด้วยไดซัลไฟด์บริดจ์จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ไลโซไซม์ เอ็นไซม์ที่เซลล์ภูมิคุ้มกันใช้ในการทำลายแบคทีเรีย มีไดซัลไฟด์บริดจ์สี่ตัว และแอนติบอดีมีจำนวนแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับชนิดย่อยของแอนติบอดี ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 นักวิจัยชาวอาร์เจนติน่า César Milstein ช่วยระบุว่าสะพานไดซัลไฟด์ในแอนติบอดีถูกจัดเรียงในรูปแบบเฉพาะ ซึ่งเป็นรูปแบบที่ช่วยให้แอนติบอดีแต่ละตัวมีรูปร่างของแอนติบอดีที่ไม่ซ้ำกัน (รูปที่ 10) (ดูโปรไฟล์ของเรา César Milstein: Hybridoma Cells to Create Monoclonal Antibodies สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิจัยของ Milstein) สะพานไดซัลไฟด์นั้นไม่เป็นสากล ตัวอย่างเช่นเฮโมโกลบินและโปรตีนที่เกี่ยวข้องที่เรียกว่า myoglobin มีชื่อเสียงว่าไม่มีพันธะ SS เลย

รูปที่ 10: แผนผังของแอนติบอดีและแอนติเจน

ระดับสุดท้ายของโครงสร้างคือโครงสร้างควอเทอร์นารี (ดูรูปที่ 9) ซึ่งมีอยู่เมื่อสายโพลีเปปไทด์ตั้งแต่สองสายขึ้นไปมารวมกัน ตัวอย่างคือเฮโมโกลบินซึ่งประกอบด้วยสี่สาย นอกจากจะทำให้โมเลกุลใหญ่ขึ้นแล้ว สายโซ่ทั้งสี่ของเฮโมโกลบินยังมีอิทธิพลต่อกันและกัน ทำให้เกิดผลที่ช่วยให้โมเลกุลจับออกซิเจนเมื่อเลือดไหลเวียนผ่านปอดแล้วปล่อยออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อส่วนลึกในร่างกายที่มัน มันจำเป็น.

ไม่ใช่โปรตีนทั้งหมดที่มีโครงสร้างสี่ส่วนเนื่องจากโปรตีนหลายชนิดประกอบด้วยสายโซ่เดียว แม้ว่าแซงเกอร์พบว่าอินซูลินประกอบด้วยสองสายโซ่ แต่สายโซ่ทั้งสองนั้นและพันธะไดซัลไฟด์ที่เชื่อมต่อกันนั้น แท้จริงแล้วเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างระดับอุดมศึกษา ไม่ใช่ควอเทอร์นารี เหตุผลก็คืออินซูลินทำมาจากสารตั้งต้นของโปรตีนที่มีขนาดใหญ่กว่าที่เรียกว่าโพรอินซูลิน ซึ่งสาย A และ B เชื่อมต่อกันด้วยลำดับที่สาม คือ สาย C แทนที่จะทำมาจากสายโซ่ที่แยกจากกัน โปรอินซูลินจะถูกสังเคราะห์ในเซลล์โดยเป็นเพียงสายโซ่เดียว จากนั้นโซ่จะโค้งงอตัวเองและพันธะไดซัลไฟด์ทั้งสามช่วยในกระบวนการนั้น แต่จากนั้นโซ่ C จะถูกตัดออก (รูปที่ 11)

รูปที่ 11: โครงสร้างของ proinsulin แสดง C-peptide และ A และ B chains ของอินซูลิน รูปภาพ &คัดลอก Zapyon

โครงสร้างโปรตีนรองทั่วไปคือ


ถาม&A กับศาสตราจารย์ BYU แก้ปัญหาความเข้าใจผิดเกี่ยวกับวัคซีนโควิด-19

การวิจัยของ Josh Andersen ได้นำเขาเข้าสู่โลกแห่งไวรัส ภูมิคุ้มกัน และอณูชีววิทยา ในคำถาม & ampA นี้ เขาตอบคำถามทั่วไปเกี่ยวกับวัคซีน COVID-19

การวิจัยของ Josh Andersen ได้นำเขาเข้าสู่โลกแห่งไวรัส ภูมิคุ้มกัน และอณูชีววิทยา ในคำถาม & ampA นี้ เขาตอบคำถามทั่วไปเกี่ยวกับวัคซีน COVID-19

วัคซีนโควิด-19 กำลังเปิดตัวทั่วประเทศ และเปิดให้ประชาชนทั่วไปเข้าถึงได้มากขึ้น นำความหวังที่จะกลับมาสู่ภาวะปกติและการสิ้นสุดของการระบาดใหญ่ แต่การมีวัคซีนไม่เพียงพอ การสำรวจความคิดเห็นสาธารณะเมื่อเร็วๆ นี้พบว่า 30% ของประชากรสหรัฐฯ วางแผนที่จะไม่รับวัคซีน ซึ่งทำให้เส้นทางสู่ภูมิคุ้มกันฝูงผ่านการฉีดวัคซีนตกอยู่ในอันตราย

ศาสตราจารย์ BYU Josh Andersen สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก ในสาขาไวรัสวิทยาระดับโมเลกุลและเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการวิจัยมะเร็ง Fritz B. Burns ของมหาวิทยาลัย งานวิจัยของเขาได้นำเขาเข้าสู่โลกแห่งไวรัส ภูมิคุ้มกัน และอณูชีววิทยา ในขณะที่ตำนานและความจริงครึ่งเดียวเกี่ยวกับการฉีดวัคซีนยังคงหมุนเวียนต่อไป ในบทสัมภาษณ์นี้ ดร.แอนเดอร์เซ็น อธิบายถึงวิธีการทำงานของวัคซีนป้องกันโควิด-19 และหักล้างความเข้าใจผิดที่พบบ่อย

ถาม: ฉันได้ยินมาว่าวัคซีน Moderna และ Pfizer มีประสิทธิภาพ 95% นั่นหมายความว่าอย่างไร?

ตอบ: โดยรวมแล้ว มีผู้เข้าร่วมการทดลองทางคลินิกของ Moderna และ Pfizer phase-III มากกว่า 70,000 คน ครึ่งหนึ่งของผู้ที่ลงทะเบียนได้รับยาหลอกและอีกครึ่งหนึ่งได้รับวัคซีน ในการเปรียบเทียบทั้งสองกลุ่ม พวกเขาพบว่าวัคซีนมีประสิทธิภาพ 95% ในการป้องกัน COVID-19 นั่นเป็นตัวเลขที่น่าทึ่ง วัคซีนน้อยมากในประวัติศาสตร์การแพทย์ที่อยู่ในสนามเบสบอลนั้น ที่โดดเด่นยิ่งกว่านั้นคือจำนวนที่รวมอยู่ด้วย ใด ๆ การวินิจฉัย COVID-19 เป็นบวก ไม่ว่าอาการจะรุนแรงหรือไม่รุนแรง หากคุณจำกัดการวิเคราะห์ให้รวมเฉพาะกรณีที่รุนแรงของ COVID-19 วัคซีนก็มีประสิทธิภาพ 100%

ถาม : ถ้าฉันเป็น COVID-19 ฉันจะข้ามวัคซีนไม่ได้เพราะภูมิคุ้มกันแล้วไม่ได้เหรอ?

ตอบ: ข้อมูลปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าผู้ป่วย COVID-19 ที่หายดีแล้วจะมีภูมิคุ้มกันอยู่บ้าง แต่ก็อาจไม่แข็งแรงและยาวนานเท่าที่เราหวังไว้

ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน Cell , นักวิจัยพบว่า SARS-CoV-2 ทำลายส่วนสำคัญของเนื้อเยื่อน้ำเหลืองของเรา (ต่อมน้ำเหลือง ม้าม ต่อมทอนซิล) ที่เรียกว่าศูนย์เชื้อโรค ซึ่งปกติแล้วร่างกายของเราจะปรับแต่งและพัฒนาการตอบสนองของแอนติบอดีที่แข็งแกร่ง ข้อสังเกตเหล่านี้น่าตกใจ เหมือนกับว่าผู้บุกรุกจากต่างประเทศ (ไวรัส) ได้กำจัดคำสั่งกลางของกองทัพของเรา (ศูนย์เชื้อโรค) และทำลายอาวุธที่ดีที่สุดของเรา (แอนติบอดี) ในกระบวนการนี้

สิ่งนี้น่าจะช่วยอธิบายได้ว่าทำไมผู้ป่วยโควิด-19 ที่หายดีแล้วบางรายจึงเสี่ยงต่อการติดเชื้อซ้ำ และเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการรับวัคซีน ไม่ว่าคุณจะเคยติดเชื้อโควิด-19 หรือไม่ก็ตาม แม้ว่าจะยังเร็วเกินไปที่จะพูดอย่างมั่นใจ แต่มีข้อบ่งชี้หลายอย่างที่ชี้ว่าวัคซีนสร้างภูมิคุ้มกัน (ยาวนานกว่าและมีศักยภาพมากกว่า) ได้ดีกว่าการติดเชื้อจริง

ถาม: วัคซีนจะป้องกันไวรัสสายพันธุ์ใหม่ได้หรือไม่?

ตอบ: ตราบใดที่บุคคลเป็นพาหะและแพร่เชื้อ SARS-CoV-2 ไวรัสจะกลายพันธุ์และเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ทำให้เกิดสายพันธุ์ใหม่ที่อาจแตกต่างไปจากเดิมอย่างมาก เราได้เห็นสิ่งนี้เมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากมีการระบุสายพันธุ์ SARS-CoV-2 ในแอฟริกาใต้และพื้นที่อื่น ๆ ของโลก ความกังวลก็คือว่าไวรัสสายพันธุ์ใหม่เหล่านี้ได้เปลี่ยนแปลงไปมากจนระบบภูมิคุ้มกันไม่รู้จักไวรัสดังกล่าว จึงทำให้วัคซีนล้าสมัย โชคดีที่รายงานใหม่ระบุว่าวัคซีนให้ภูมิคุ้มกันอย่างน้อยบางส่วนต่อสายพันธุ์ที่เพิ่งเกิดขึ้น

อย่างไรก็ตาม หากมีเวลา ไวรัสมักจะหาทางป้องกัน ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องได้รับภูมิคุ้มกันอย่างรวดเร็วและแพร่หลาย วัคซีนคืออาวุธที่ดีที่สุดของเรา

ถาม: วัคซีนป้องกันโควิด-19 ที่มีอยู่ในปัจจุบันทำงานอย่างไร?

ตอบ: วัคซีนไฟเซอร์และโมเดอร์นาเป็นวัคซีนอาร์เอ็นเอ เพื่อให้เข้าใจว่าวัคซีน RNA ทำงานอย่างไร เรามาคุยกันว่า DNA, RNA และโปรตีนเกี่ยวข้องกันอย่างไร DNA มียีนของคุณ ยีนเหล่านี้ถูกถ่ายทอดครั้งแรกใน RNA (เช่น การถอดความข้อความจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง) ซึ่งให้คำแนะนำแก่เซลล์ของเราในการสร้างโปรตีน ในทางกลับกัน โปรตีนประกอบขึ้นเป็นกล้ามเนื้อ โครงสร้างเซลล์ ผม ดวงตา และผิวหนัง และช่วยทำปฏิกิริยาเคมีในร่างกาย คุณสามารถนึกถึงอาร์เอ็นเอในฐานะผู้ส่งสารอายุสั้นที่เพียงถ่ายทอดข้อมูลจากยีนดีเอ็นเอไปยังกลไกในเซลล์ที่สร้างโปรตีน

ไวรัส ก็เหมือนเซลล์ ก็มียีนที่เข้ารหัสโปรตีน—ไวรัส โปรตีน—ซึ่งไวรัสใช้สร้างโครงสร้าง ในที่นี้เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สวยงามที่สุดของชีววิทยา: ระบบภูมิคุ้มกันที่ยอดเยี่ยมของเรารับรู้โปรตีนจากไวรัสเหล่านี้ว่าเป็นสิ่งแปลกปลอมและสร้างแอนติบอดีต่อต้านพวกมัน โดยพื้นฐานแล้วมันคือระบบเฝ้าระวังเรดาร์ล้ำสมัยที่ใช้อาวุธที่มีความแม่นยำ (แอนติบอดี) เพื่อทำลายผู้บุกรุกจากไวรัส

ส่วนประกอบหนึ่งของ SARS-CoV-2 ที่ระบบภูมิคุ้มกันของเรารู้จักคือโปรตีนขัดขวาง ซึ่งอยู่บนพื้นผิวของไวรัส ด้วยเหตุผลนี้ วัคซีน SARS-CoV-2 ทั้งหมดในปัจจุบัน (รวมถึงวัคซีนที่รอการอนุมัติจาก FDA) มีเป้าหมายร่วมกันในการสร้างภูมิคุ้มกันให้กับเราจากโปรตีนสไปค์

วัคซีนไฟเซอร์และโมเดอร์นาประกอบด้วย RNA ที่ผลิตโปรตีนสไปค์จาก SARS-CoV-2 มันไม่ได้ผลิตไวรัสทั้งหมด แต่ เท่านั้น โปรตีนขัดขวาง—ส่วนหนึ่งเล็กๆ ของไวรัส RNA ที่เข้ารหัสแบบสไปค์นี้ถูกห่อหุ้มไว้ในอนุภาคไขมัน (ไขมัน) ซึ่งเป็นเพียงพาหนะที่จะนำ RNA เข้าสู่เซลล์ของเรา เมื่อเข้าไปในเซลล์ของเรา เครื่องจักรสร้างโปรตีนของเราจะค้นหาอาร์เอ็นเอและผลิตโปรตีนสไปค์ ในทางกลับกัน สไปค์โปรตีนได้รับการยอมรับจากระบบภูมิคุ้มกันของเรา และการผลิตแอนติบอดีก็ตามมา

วัคซีน Johnson & Johnson ที่ได้รับอนุมัติเมื่อเร็วๆ นี้แตกต่างจากวัคซีน RNA ในระบบการนำส่ง มันใช้เวกเตอร์อะดีโนไวรัส ซึ่งได้มาจากอะดีโนไวรัสทั่วไปที่ถูกดัดแปลงเพื่อไม่ให้เกิดซ้ำในร่างกาย แต่เป็นเพียงสื่อนำส่งเพื่อสร้างโปรตีนสไปค์ ด้วยการฉีดเพียงครั้งเดียว (แทนที่จะฉีดวัคซีน RNA สองครั้ง) และรอ 28 วัน จึงมีประสิทธิภาพในการป้องกัน COVID-19 ถึง 66% และป้องกันการรักษาในโรงพยาบาลได้ 100%

ถาม: วัคซีน RNA สามารถเปลี่ยน DNA ของฉันได้หรือไม่?

ตอบ: ไม่ วัคซีนไม่สามารถเปลี่ยน DNA ของคุณได้ RNA มีความแตกต่างทางเคมีกับ DNA และเซลล์ของเราไม่สามารถรวม RNA เข้ากับ DNA ได้ ผลที่ยั่งยืนเพียงอย่างเดียวของวัคซีนควรเป็นภูมิคุ้มกันต่อ SARS-CoV-2

ถาม: ฉันสามารถรับ COVID-19 จากวัคซีนได้หรือไม่?

ตอบ: ไม่ใช่ COVID-19 เกิดจากการติดเชื้อ SARS-CoV-2 ที่ใช้งานอยู่ วัคซีนประกอบด้วยไวรัสเพียงส่วนเล็ก ๆ เพียงส่วนเดียว นั่นคือโปรตีนสไปค์

หลายคนที่ได้รับวัคซีนเหล่านี้รายงานอาการคล้ายไข้หวัดใหญ่เล็กน้อย อาการเหล่านี้เป็นผลมาจากระบบภูมิคุ้มกันของเราที่รับรู้ว่าโปรตีนขัดขวางเป็นสิ่งแปลกปลอม และโดยพื้นฐานแล้วจะดึงสัญญาณเตือนไฟไหม้ที่เรียกเซลล์ภูมิคุ้มกันอื่นๆ ให้ดำเนินการเพื่อสร้างภูมิคุ้มกันในระยะยาวโดยอาศัยแอนติบอดี เราควรยินดีกับอาการเหล่านี้เป็นสัญญาณว่าวัคซีนกำลังทำงาน

ถาม: ฉันได้ยินมาว่าวัคซีนเหล่านี้ใช้เทคโนโลยีใหม่ พวกเขาปลอดภัยหรือไม่?

ก. ใช่. วัคซีนโควิด-19 ในปัจจุบันได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยาว่าปลอดภัยจากการทดลองทางคลินิกและการประเมินอย่างเข้มงวด เทคโนโลยีเบื้องหลังวัคซีน COVID-19 RNA ไม่ใช่เรื่องใหม่ วัคซีนเหล่านี้เป็นชัยชนะของการวิจัยหลายทศวรรษ โดยส่วนหนึ่ง ส่วนหนึ่ง เกี่ยวกับวิธีทำให้อาร์เอ็นเอเสถียรและส่งไปยังเซลล์

บางคนแสดงความประหลาดใจว่าวัคซีนเหล่านี้ได้รับการอนุมัติจาก FDA ได้เร็วเพียงใด นับเป็นความสำเร็จอันน่าทึ่งที่ใช้ประโยชน์จากการวิจัยวัคซีนและโคโรนาไวรัสเมื่อหลายปีก่อน และการระดมทรัพยากรมหาศาลและความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก นักวิจัยทั่วโลกยกเลิกโครงการอื่นๆ เพื่อมุ่งเน้นเฉพาะเรื่องโควิด-19 และมีการแบ่งปันงานวิจัยอย่างอิสระ มันเป็นความพยายามที่เหลือเชื่อและเป็นแรงบันดาลใจที่เกิดขึ้นในวิกฤตการณ์ระดับโลก

ถาม: ฉันได้ยินมาว่ามีคนเสียชีวิตจากวัคซีน นี่เป็นเรื่องจริงหรือไม่?

ตอบ: ไม่ ในการทดลองทางคลินิกของไฟเซอร์และโมเดิร์นนา หลายหมื่นคนได้รับวัคซีนภายใต้การพิจารณาอย่างถี่ถ้วนของหน่วยงานกำกับดูแลและแพทย์ของ FDA นอกจากนี้ ในสหรัฐอเมริกาประเทศเดียวมีวัคซีนมากกว่า 60 ล้านวัคซีน (และเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ) วัคซีนนี้ไม่มีผู้เสียชีวิตแม้แต่รายเดียว

เช่นเดียวกับวัคซีนทั้งหมด มีความเสี่ยงเล็กน้อยที่จะเกิดปฏิกิริยาแพ้ต่อส่วนผสมของวัคซีน สิ่งเหล่านี้มักเกิดขึ้นภายในไม่กี่นาทีหลังจากฉีดวัคซีนในผู้ที่มีประวัติภูมิแพ้และได้รับการรักษาด้วยยารักษาโรคภูมิแพ้

ถาม: ฉันได้ยินมาว่าวัคซีนเหล่านี้มีส่วนประกอบที่น่าสงสัย จริงหรือ?

ตอบ: ไม่ ข่าวลือว่าวัคซีนมีเนื้อเยื่อของทารกในครรภ์หรือส่วนประกอบผิดปกติอื่นๆ เป็นเท็จ องค์การอาหารและยาได้เผยแพร่ส่วนผสมของวัคซีนเหล่านี้ ประกอบด้วยสาร RNA ของผู้ส่งสารดังกล่าว (mRNA) และไขมันในบัฟเฟอร์เกลือและน้ำตาลที่ช่วยให้อนุภาคไขมัน RNA มีเสถียรภาพ ไม่มีอะไรที่ไม่คาดคิดหรือน่าตกใจในรายการส่วนผสม

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความปลอดภัยและประสิทธิผลของวัคซีนโควิด-19 โปรดไปที่เว็บไซต์ CDC

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Dr. Andersen และ BYU Fritz B. Burns Cancer Research Laboratory คลิกที่นี่


Erwin Schrödingerและต้นกำเนิดของอณูชีววิทยา

เออร์วิน ชโรดิงเงอร์ (1887–1961) เป็นนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียง ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2476 จากผลงานบุกเบิกด้านกลศาสตร์คลื่น กระนั้น สำหรับนักชีววิทยาแล้ว ชื่อของเขาเชื่อมโยงกับหนังสือเล่มเล็กชื่อ ชีวิตคืออะไร?ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากในการสร้างแรงบันดาลใจให้กับผู้บุกเบิกชีววิทยาระดับโมเลกุลจำนวนหนึ่ง (S chrodinger 1944) ในบรรดาผู้ที่รับผิดต่อหนังสือของชโรดิงเงอร์ ได้แก่ M. Delbruck, G. Stent, J. D. Watson, F. Crick, M. F. Wilkins และ S. Benzer B aldwin (1994) กล่าวถึงผลกระทบอย่างลึกซึ้งของหนังสือของชโรดิงเงอร์ที่มีต่อวัตสันรุ่นเยาว์ (ดู W atson 1968 ด้วย)

ในทางกลับกัน นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงสองสามคน เช่น Linus Pauling และ Max Perutz ต่างก็วิพากษ์วิจารณ์ถึงการมีส่วนร่วมของ ชีวิตคืออะไร? P auling (1987) เขียนว่า “ตอนที่ฉันอ่านหนังสือเล่มนี้ครั้งแรกเมื่อ 40 กว่าปีที่แล้ว ฉันรู้สึกผิดหวัง มันเป็นและยังคงเป็นความเห็นของฉันที่ชโรดิงเงอร์ไม่ได้มีส่วนสนับสนุนความเข้าใจในชีวิตของเรา” P erutz (1987) เขียนว่า “น่าเศร้าที่การศึกษาหนังสือของเขาและวรรณกรรมที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดได้แสดงให้ฉันเห็นว่าสิ่งที่เป็นความจริงในหนังสือของเขาไม่ใช่ต้นฉบับ และสิ่งที่เป็นต้นฉบับส่วนใหญ่ก็รู้ว่าไม่จริงแม้แต่ เมื่อหนังสือเล่มนี้ถูกเขียนขึ้น … ความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดระหว่างชีวิตและกฎทางสถิติของฟิสิกส์สามารถแก้ไขได้โดยการเรียกวิทยาศาสตร์ที่ Schrödinger ไม่สนใจเป็นส่วนใหญ่ วิทยาศาสตร์นั้นคือเคมี”

Schrödingerเป็นหัวข้อก่อนหน้านี้ มุมมอง (แถว C 1992). นอกเหนือจากการสังเกตช่วงสติปัญญาที่โดดเด่นของชโรดิงเงอร์แล้ว ยังกล่าวถึงวิธีแก้ปัญหาของชโรดิงเงอร์ต่อปัญหาทางพันธุกรรมที่ยุ่งยากซึ่งเกิดจากเอช อัลเดน (1945a) โดยอ้างอิงถึงการผสมพันธุ์ของโคที่ไม่มีเขา

มีข้อตกลงทั่วไปในหมู่นักชีววิทยาส่วนใหญ่ในทุกวันนี้ว่า Schrödinger เช่น O. T. Avery เป็นของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มเล็กๆ ที่การวิจัยหลักไม่ได้เกี่ยวกับพันธุศาสตร์ แต่เป็นผู้ที่ยังคงตัดสินใจส่งผลกระทบในการเริ่มต้นการพัฒนาของอณูพันธุศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างอย่างลึกซึ้งระหว่างเอเวอรี่และชโรดิงเงอร์ เอเวอรี่ทำการทดลองทางชีวเคมีโดยแสดงให้เห็นว่าดีเอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม ชโรดิงเงอร์เป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีซึ่งบังเอิญได้เขียนหนังสือเกี่ยวกับชีววิทยาที่ทรงอิทธิพล

ชีวิตในวัยเด็กและการศึกษา: Erwin Schrödinger เกิดเมื่อวันที่ 12 สิงหาคม พ.ศ. 2430 ที่กรุงเวียนนา ความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดของเขากับบิดาของเขา รูดอล์ฟ มีบทบาทสำคัญในช่วงวัยเด็กและวัยรุ่นของเขา รูดอล์ฟอยู่ในธุรกิจผ้าน้ำมัน แต่งานอดิเรกหลักของเขาคือพฤกษศาสตร์ โดยเฉพาะการขยายพันธุ์พืชและวิวัฒนาการ มีการอภิปรายทางวิทยาศาสตร์บ่อยครั้งระหว่างพ่อกับลูก หนังสือเล่มหนึ่งที่น่าสนใจมากคือหนังสือของดาร์วิน ต้นกำเนิดของสายพันธุ์ซึ่งยังคงเป็นหนังสือเล่มโปรดของชโรดิงเงอร์มาตลอดชีวิต แม่ของเขาซึ่งมาจากอังกฤษและน้องสาวของเธอสอนภาษาอังกฤษให้เขาตั้งแต่อายุยังน้อย นี้อาจมีอิทธิพลต่อการตัดสินใจของเขาในปีต่อ ๆ มาที่จะไปอ็อกซ์ฟอร์ดและดับลิน ขณะอยู่ในดับลิน Schrödinger เขียน ชีวิตคืออะไร?ซึ่งมีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อนักชีววิทยามากมาย ในฐานะลูกคนเดียวของครอบครัวที่มีฐานะดี ชโรดิงเงอร์ได้รับการศึกษาที่ดีที่สุด ผลงานวิชาการของเขาที่ Wiener Akademisches Gymnasium และ University of Vienna นั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยในทุกวิชา แต่เขาแสดงความสามารถพิเศษทางคณิตศาสตร์ อาจารย์คณิตศาสตร์ของเขา Wirtinger และ Kohn นักฟิสิกส์ทดลอง Franz Exner และโดยเฉพาะอย่างยิ่งนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Fritz Hasenohrl ล้วนมีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาทางปัญญาของ Schrödinger รุ่นเยาว์ Hasenohrl ผู้ซึ่งสืบทอดตำแหน่งต่อจาก Ludwig Boltzmann มีผลกระทบอย่างมากจน Schrödinger ถือว่าเขามีอิทธิพลอย่างมากต่อสติปัญญาของเขาในฐานะพ่อของเขาเอง ตลอดชีวิตของเขา Schrödinger ยังคงให้ความสนใจอย่างมากในความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์และปรัชญา ขณะที่ชโรดิงเงอร์รับใช้ในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งในอิตาลี เขาได้เรียนรู้เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งไอน์สไตน์พัฒนาขึ้น ปีหลังสงครามนำช่วงเวลาที่ยากลำบากมาสู่ครอบครัวชโรดิงเงอร์ อย่างไรก็ตาม ข้อเสนอต่อมาของผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ Jena (ภายใต้ Max Wien) ในปี 1920 และการแต่งงานของเขากับ Annemarie Bertel ได้พลิกชีวิตให้กับ Erwin Schrödinger โดยเริ่มต้นชีวิตและอาชีพบนเส้นทางที่ยาวไกลและโดดเด่น (M oore 1989)

Erwin Schrödingerในดับลินในปี 1952 ได้รับความอนุเคราะห์จาก Ann Goldsmith, บรรณารักษ์, School of Theoretical Physics, Dublin Institute for Advanced Studies

ในปีถัดมา ชโรดิงเงอร์ดำรงตำแหน่งการสอนสั้น ๆ ที่สตุตการ์ตและเบรสเลา แต่เขาพบเฉพาะที่ซูริกเมื่อเขาได้รับเก้าอี้ที่ไอน์สไตน์ถือไว้ในช่วงปี พ.ศ. 2452-2454 การบรรยายครั้งแรกของเขามีชื่อว่า "What Is a Law of Nature?" อย่างไรก็ตาม งานที่สำคัญที่สุดของเขา คือ ทฤษฎีกลศาสตร์คลื่น ได้รับการคิดค้นขึ้นในปี 1925 และได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ในทันที เขาได้รับตำแหน่งเก้าอี้ที่เบอร์ลินในฐานะทายาทของแมกซ์พลังค์ และได้รับเชิญไปบรรยายที่สหรัฐอเมริกาในช่วงฤดูหนาวปี 2469-2470 ในกรุงเบอร์ลิน เขาพบเพื่อนร่วมงานที่มีชื่อเสียงหลายคนที่เขาชื่นชอบ รวมทั้งไอน์สไตน์ พลังค์ เฮิร์ตซ์ และอ็อตโต ฮาห์น ในปีพ.ศ. 2476 ชโรดิงเงอร์ได้รับอนุญาตให้เดินทางไปศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดในฐานะศาสตราจารย์รับเชิญ และเขาได้ลาออกจากตำแหน่งที่เบอร์ลินขณะอยู่ที่อ็อกซ์ฟอร์ด

Schrödinger ได้รับเชิญไปยัง Oxford โดย F. A. Lindemann ซึ่งตอนนั้นเป็น Fellow ที่ Magdalen College (ตุลาคม 1933–กันยายน 1936) ขณะอยู่ที่อ็อกซ์ฟอร์ด ชโรดิงเงอร์ได้รับรางวัลโนเบลซึ่งเขาได้รับเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม พ.ศ. 2476 ระหว่างปี พ.ศ. 2477-2478 เขาได้ไปเยือนพรินซ์ตันและต่อมาในสเปน โดยบรรยายเป็นภาษาอังกฤษและสเปนตามลำดับ ในปีพ.ศ. 2479 เขารับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่กราซ แต่ในปี พ.ศ. 2481 เขาย้ายอีกครั้ง (เนื่องจากสถานการณ์ทางการเมืองที่เลวร้ายในออสเตรีย) เดินทางไปโรมเป็นครั้งแรก และในที่สุดก็ไปดับลินเพื่อดำรงตำแหน่งหัวหน้าคณะวิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ สถาบันดับลินเพื่อการศึกษาขั้นสูงที่จัดตั้งขึ้นใหม่ เขาอธิบาย 16 ปีที่เขาใช้เวลาในไอร์แลนด์ว่าเป็นปีที่ดีมาก เขามีอิสระอย่างเต็มที่ในการทำกิจกรรมการวิจัยและการสอนของเขา โดยผลิตหนังสือและบทความมากมายในหัวข้อสำคัญๆ มากมาย รวมถึงทฤษฎีภาคสนามที่เป็นหนึ่งเดียว ในช่วงเวลานั้นเองที่ชโรดิงเงอร์เขียน เทอร์โมไดนามิกส์ทางสถิติ ชีวิตคืออะไร?, และ ธรรมชาติกับชาวกรีก. เขาหาเวลาเพื่อดื่มด่ำกับกิจกรรมทางวรรณกรรมและศิลปะต่างๆ เช่น การเขียนบทกวีและการแปลโฮเมอร์จากภาษากรีกโบราณเป็นภาษาอังกฤษ และบทกวีโปรวองซ์เก่าเป็นภาษาเยอรมัน

ก้าวสุดท้ายของอาชีพการงานอันยาวนานของชโรดิงเงอร์เกิดขึ้นในปี 2499 เมื่อเขารับตำแหน่งศาสตราจารย์ในกรุงเวียนนา สำหรับการบรรยายครั้งแรกของเขา เขาเลือกหัวข้อ “วิกฤตการณ์ของแนวคิดนิวเคลียร์” เขาสอนเป็นเวลาสองปีครึ่ง แต่ความเจ็บป่วยทำให้เขาต้องออกจากเก้าอี้เมื่อปลายเดือนกันยายน 2501 ในช่วงปีสุดท้ายของเขา เขาเขียนเรื่องราวเกี่ยวกับอัตชีวประวัติของเขาว่า ชีวิตของฉัน, และ มุมมองของฉันเกี่ยวกับโลก เขาเสียชีวิตเมื่อวันที่ 4 มกราคม พ.ศ. 2504 หลังจากมีอาการป่วยเป็นระยะเวลาสั้น ๆ

ชีวิตคืออะไร? ลักษณะทางกายภาพของเซลล์ที่มีชีวิต: บทของหนังสือเล่มนี้มีรายชื่อดังต่อไปนี้:

แนวทางของนักฟิสิกส์คลาสสิกในเรื่องนี้

หลักฐานควอนตัมกล

แบบจำลองของ Delbruck ถูกกล่าวถึงและทดสอบ

ระเบียบ ความไม่เป็นระเบียบ และเอนโทรปี

ชีวิตอยู่บนพื้นฐานของกฎฟิสิกส์หรือไม่?

ในตอนเริ่มต้น ชโรดิงเงอร์ตั้งคำถามว่า “เหตุการณ์เกิดขึ้นได้อย่างไร ในอวกาศและเวลา ซึ่งเกิดขึ้นภายในขอบเขตเชิงพื้นที่ของสิ่งมีชีวิตโดยพิจารณาจากฟิสิกส์และเคมี?” ชโรดิงเงอร์กล่าวต่อว่า “คำตอบเบื้องต้นที่หนังสือเล่มเล็กเล่มนี้จะพยายามอธิบายและจัดทำสามารถสรุปได้ดังนี้: การไร้ความสามารถที่ชัดเจนของฟิสิกส์และเคมีในปัจจุบันในการอธิบายเหตุการณ์ดังกล่าวไม่มีเหตุผลเลยที่จะสงสัยว่าสามารถอธิบายได้ สำหรับวิทยาศาสตร์เหล่านั้น”

ใน ชีวิตคืออะไร?, Schrödinger เน้นความสนใจในสองหัวข้อในทางชีววิทยา: (a) ธรรมชาติของวัสดุทางพันธุกรรมและ (b) อุณหพลศาสตร์ของระบบสิ่งมีชีวิต ในการทบทวนสถานะความรู้ด้านพันธุศาสตร์ในขณะนั้น ชโรดิงเงอร์ได้พิจารณาหัวข้อต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางพันธุกรรม เหล่านี้มีการระบุไว้โดยย่อด้านล่าง

สคริปต์รหัสพันธุกรรม (โครโมโซม): ชโรดิงเงอร์ใช้คำว่า "รูปแบบ" เพื่อรวมโครงสร้างและหน้าที่ของสิ่งมีชีวิตไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการพัฒนาไปสู่พันธุกรรมตั้งแต่ไข่ที่ปฏิสนธิไปจนถึงตัวเต็มวัย จากนั้นเขาก็พิจารณาบทบาทของนิวเคลียส โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาทของโครโมโซมในการถ่ายทอดทางพันธุกรรม เขาเขียนว่า "มันคือโครโมโซมเหล่านี้ หรืออาจเป็นเพียงเส้นใยโครงกระดูกแกนของสิ่งที่เราเห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์จริงๆ ว่าเป็นโครโมโซม ที่มีรูปแบบทั้งหมดเกี่ยวกับการพัฒนาในอนาคตของบุคคลในอนาคตและการทำงานของมันในสคริปต์โค้ดบางประเภท รัฐที่เป็นผู้ใหญ่ โครโมโซมครบชุดทุกชุดมีรหัสเต็ม ดังนั้นตามกฎแล้วจะมีสำเนาสองชุดในเซลล์ไข่ที่ปฏิสนธิแล้ว ซึ่งเป็นช่วงแรกสุดของบุคคลในอนาคต” ชโรดิงเงอร์แนะนำว่าเราสามารถทำนายฟีโนไทป์ที่แม่นยำจากโค้ดสคริปต์ได้ แต่เขายอมรับว่าคำว่า code-script นั้นแคบเกินไป เขาอธิบายโครงสร้างของโครโมโซมว่าเป็น "กฎหมายและอำนาจบริหาร" หรือเป็น "แผนของสถาปนิกและช่างก่อสร้าง" ในที่เดียว

หลังจากพิจารณาไมโทซิส ไมโอซิส และการข้ามผ่าน ชโรดิงเงอร์ได้จัดการกับเรื่องของขนาดและความคงทนสูงสุดของยีน เขาถือว่ายีนนี้เป็นโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ซึ่งทุกอะตอม ทุกอนุมูล วงแหวนเฮเทอโรไซคลิกทุกวงมีบทบาทเฉพาะตัว การอภิปรายของชโรดิงเงอร์มีพื้นฐานมาจากงานของ Timofeef-Ressovsky และ Delbruck เป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าเขาจะคำนึงถึงความคิดของนักพันธุศาสตร์ที่มีชื่อเสียงในยุคนั้น โดยเฉพาะ Haldane, Muller และ Darlington ในฐานะนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เขาต้องพึ่งพาการค้นพบของผู้อื่น

โมเดลของเดลบรูค: การอภิปรายส่วนใหญ่ของชโรดิงเงอร์ใน ชีวิตคืออะไร? อิงจากบทความโดย T imomeef -R essovsky และคณะ (1935) เกี่ยวกับอัตราการกลายพันธุ์ที่เกิดจากรังสีเอกซ์ใน แมลงหวี่เมลาโนกัสเตอร์. ส่วนที่สามของบทความนั้นโดย Delbruck (แบบจำลองของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมตามฟิสิกส์ปรมาณู) P erutz (1987) สรุปผลลัพธ์ของ Delbruck

หลังจากทบทวนแนวคิดของยีนสั้น ๆ แล้ว Delbruck ได้จัดการกับธรรมชาติของการกลายพันธุ์และความเสถียรของยีน เนื่องจากไม่มีวิธีการโดยตรงในการศึกษาลักษณะทางเคมีของยีน ปัญหาจึงถูกโจมตีโดยอ้อมโดยศึกษาธรรมชาติและขีดจำกัดของความเสถียรของยีน และโดยการถามว่าข้อเท็จจริงที่ทราบเกี่ยวกับยีนนั้นสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ทราบของทฤษฎีอะตอมหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออ้างอิงถึงพฤติกรรมของส่วนประกอบอะตอมที่กำหนดไว้อย่างดี Delbruck พิจารณาทั้งการเปลี่ยนแบบสั่นสะเทือนและแบบอิเล็กทรอนิกส์ เขาได้รับความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว (W) และพลังงานกระตุ้น (ยู). Delbruck ระบุว่าพลังงานพันธะเคมีเป็นลำดับของอิเล็กตรอนหลายโวลต์ แต่แย้งว่าพลังงานกระตุ้นของโมเลกุลครอบคลุมช่วงกว้างกว่าที่คาดการณ์ไว้ ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาของขนาดใดๆ อาจเป็นผลมาจากชุดของสถานการณ์ที่กำหนด เขาสรุปว่าวิวัฒนาการทำให้โครงสร้างโมเลกุลของยีนเสถียรขึ้นจนถึงระดับที่ความถี่ในการจัดเรียงใหม่ตามธรรมชาติมีขนาดเล็กกว่าความถี่ของการสืบพันธุ์หลายระดับ การทำให้แตกตัวเป็นไอออนเพียงครั้งเดียว เนื่องจากมีพลังงานมากกว่ามาก จึงควรเพียงพอที่จะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ใดๆ ก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงความถี่ตามธรรมชาติของมัน บนพื้นฐานของการคาดเดาของ Delbruck เกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของยีน Schrödinger ชี้ให้เห็นว่า "มีโอกาสพอสมควรที่จะสร้างการกลายพันธุ์เมื่อไอออนไนซ์เกิดขึ้นไม่เกิน 10 อะตอมจากจุดใดจุดหนึ่งในโครโมโซม" อย่างไรก็ตาม P erutz (1987) สรุปหลักฐานที่ระบุว่าการประมาณการของชโรดิงเงอร์ไม่ถูกต้อง บทความที่ตีพิมพ์ในขณะที่หนังสือของชโรดิงเงอร์กำลังตีพิมพ์แสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางชีวภาพของรังสีไอออไนซ์มีสาเหตุหลักมาจากการสร้างอนุมูลไฮดรอกซิลและอะตอมไฮโดรเจนในน้ำโดยรอบ (W eiss 1944) หลักฐานอื่น ๆ ตั้งแต่นั้นมาได้แสดงให้เห็นว่าไฮดรอกซิลเรดิคัลและอิเล็คตรอนไฮเดรตสามารถแพร่กระจายไปยังเป้าหมายได้ แม้ว่าจะมีการสร้างเส้นผ่านศูนย์กลางอะตอมมากกว่าหนึ่งพันเส้นผ่านศูนย์กลาง (ดู P erutz 1987)

Delbruck สรุปว่าการกลายพันธุ์เป็นการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมซึ่งเป็นผลมาจากความผันผวนของความร้อนแบบสุ่มหรือการดูดซับพลังงานการแผ่รังสี การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองโดยส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากความผันผวนของความร้อนมากกว่าจากการแผ่รังสีธรรมชาติ ชโรดิงเงอร์ถึงแม้จะพึ่งพางานของเดลบรูคเป็นอย่างมาก แต่ก็ไม่ได้กล่าวถึงการค้นพบของเอช. เจ. มุลเลอร์เกี่ยวกับการทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เกิดจากรังสีหรือบทบาทที่สำคัญของ การเติมเต็ม ในแรงดึงดูดเฉพาะระหว่างโมเลกุลและการสังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ ซึ่ง H aldane (1937) และ P auling และ D elbruck (1940) ได้เสนอแนะไว้แล้ว

เอนโทรปีเชิงลบ: P erutz (1987) ชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่เป็นจริงในบัญชีของ Schrödinger เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว อันที่จริงเขากำลังถอดความงานของผู้อื่นโดยเฉพาะบทความของ T imofeef -R essovsky และคณะ (1935) ต่อผลกระทบของการกลายพันธุ์ของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาต่อแมลงวันผลไม้ แมลงหวี่เมลาโนกัสเตอร์. แม้แต่สมมติฐานที่โด่งดังที่สุดของชโรดิงเงอร์ก็คือ ยีนนั้นเปรียบเสมือนผลึกหนึ่งมิติแบบ aperiodic นั้นเป็นการปรับรูปแบบข้อเสนอแนะของเดลบรุคว่า “ยีนนั้นเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจากการทำซ้ำของโครงสร้างอะตอมที่เหมือนกัน” ในบทที่ชื่อว่า “ระเบียบ ความวุ่นวาย และเอนโทรปี” ชโรดิงเงอร์กล่าวว่าสิ่งมีชีวิตไม่เข้าใกล้สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ (นิยามว่าเป็นสภาวะของ “เอนโทรปีสูงสุด”) ซึ่งพวกมันบรรลุได้โดยการกินเอนโทรปีเชิงลบ ชโรดิงเงอร์เขียนว่า “สิ่งมีชีวิตหลีกเลี่ยงการสลายตัวได้อย่างไร? คำตอบที่ชัดเจนคือ โดยการกิน ดื่ม หายใจ และ (ในกรณีของพืช) ดูดซึม ศัพท์เทคนิคคือ เมแทบอลิซึม … สิ่งมีชีวิตเพิ่มเอนโทรปีของมันอย่างต่อเนื่อง—หรืออย่างที่คุณพูด ก่อให้เกิดเอนโทรปีเชิงบวก—และด้วยเหตุนี้จึงมีแนวโน้มที่จะเข้าใกล้สภาวะที่เป็นอันตรายของเอนโทรปีสูงสุด ซึ่งก็คือความตาย มันทำได้เพียงเก็บให้ห่างจากมัน เช่น.มีชีวิตอยู่โดยดึงเอนโทรปีเชิงลบจากสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นเรื่องที่ดีมาก … . สิ่งที่สิ่งมีชีวิตกินเข้าไปคือเอนโทรปีเชิงลบ หรือถ้าจะกล่าวให้ขัดแย้งน้อยลง สิ่งสำคัญในการเผาผลาญก็คือ สิ่งมีชีวิตสามารถปลดปล่อยตัวเองจากเอนโทรปีทั้งหมดที่มันไม่สามารถผลิตได้ในขณะที่มีชีวิตอยู่” Schrödinger กล่าวเพิ่มเติมว่าเอนโทรปีไม่ใช่แนวคิดที่คลุมเครือ แต่เป็นปริมาณทางกายภาพที่วัดได้: “ที่จุดศูนย์สัมบูรณ์ของอุณหภูมิ (ประมาณ -273°C) เอนโทรปีของสารใดๆ จะเป็นศูนย์”

Perutz และคนอื่น ๆ แย้งว่าเราใช้ชีวิตด้วยพลังงานอิสระและไม่จำเป็นต้องสันนิษฐานว่าเอนโทรปีเชิงลบ P auling (1987) ให้ความเห็นว่าเมื่อชโรดิงเงอร์กำลังพูดถึงการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีของระบบ เขาไม่เคยกำหนดระบบเลย Pauling เขียนว่า “บางครั้งดูเหมือนว่าเขาจะพิจารณาว่าระบบนั้นเป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ใดๆ กับสิ่งแวดล้อม บางครั้งมันเป็นสิ่งมีชีวิตที่สมดุลทางความร้อนกับสิ่งแวดล้อม และบางครั้งก็เป็นสิ่งมีชีวิตบวกกับสิ่งแวดล้อมด้วย กล่าวคือ จักรวาลโดยรวม” Pauling เขียนว่า Schrödinger ล้มเหลวในการรับรู้คำถามที่สำคัญที่สุด: "วิธีการบรรลุความจำเพาะทางชีววิทยานั่นคือวิธีการเรียงลำดับกรดอะมิโนที่ตกค้างอยู่ในลักษณะลำดับที่กำหนดไว้อย่างดีของสิ่งมีชีวิตที่เฉพาะเจาะจง"

L ederberg (การสื่อสารส่วนบุคคล, 1999) เสนอว่าความหมายที่ตั้งใจไว้ของชโรดิงเงอร์อาจเป็น เมื่อเข้าใจถึงปัญหาย้อนหลัง เราสามารถพูดได้ว่า: “DNA มีองค์ประกอบของความเป็นคาบ (กระดูกสันหลัง) และของความไม่สม่ำเสมอ (ข้อความในลำดับเบส)” นี่คือการคาดการณ์ของ Lederberg โดยอิงจากสิ่งที่ชโรดิงเงอร์อาจหมายถึงในขณะนั้น

รหัสและเอนโทรปี: ในสมัยของชโรดิงเงอร์ โดยทั่วไปถือว่าสารพันธุกรรมเป็นโปรตีน แทนที่จะเป็นกรดนิวคลีอิก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโปรตีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตีนชนิดหนึ่ง ซึ่งก็คือเฮโมโกลบินของมนุษย์ มีลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้างอยู่ในสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำหนดไว้อย่างดี P auling (1987) ติดตามข้อโต้แย้งของชโรดิงเงอร์ดังนี้: “ดูเหมือนว่าชโรดิงเงอร์จะถามตัวเองว่า 'อะไรคือกระบวนการที่นำไปสู่การผลิตสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่มีการกำหนดไว้อย่างดีเหล่านี้ โดยมีเอนโทรปีต่ำ' ดูเหมือนว่าเขาจะตอบแล้ว คำถาม ในทางที่ค่อนข้างคลุมเครือ โดยบอกว่าสิ่งมีชีวิต 'กินเอนโทรปีเชิงลบ' ดึงดูด อย่างที่มันเป็น กระแสของเอนโทรปีเชิงลบมาที่ตัวมันเอง คำถามที่แท้จริงเกี่ยวกับธรรมชาติของชีวิตซึ่งชโรดิงเงอร์ไม่สามารถรับรู้ได้คือคำถามเกี่ยวกับวิธีการบรรลุความจำเพาะทางชีววิทยา นั่นคือวิธีที่สารตกค้างของกรดอะมิโนถูกจัดลำดับในลักษณะลำดับที่กำหนดไว้อย่างดีของสิ่งมีชีวิตที่เฉพาะเจาะจง”

อย่างไรก็ตาม Pauling สรุปว่าการพัฒนาของอณูชีววิทยาเป็นผลมาจากการนำแนวคิดใหม่ ๆ มาใช้ในวิชาเคมีซึ่งถูกกระตุ้นโดยกลศาสตร์ควอนตัมเกือบทั้งหมด เขาเขียนว่า “ตามสมควรแล้ว … ที่จะบอกว่าชโรดิงเงอร์สร้างสมการคลื่นโดยพื้นฐานแล้วมีความรับผิดชอบต่อชีววิทยาสมัยใหม่”

ชีวิตอยู่บนพื้นฐานของกฎฟิสิกส์หรือไม่? บทสุดท้ายใน ชีวิตคืออะไร? ชื่อว่า “ชีวิตอยู่บนพื้นฐานของกฎฟิสิกส์หรือไม่” สันนิษฐานว่ายีนเป็นโมเลกุล แต่พลังงานพันธะในโมเลกุลมีลำดับเดียวกันกับพลังงานระหว่างอะตอมในของแข็ง เช่น ในผลึก ซึ่งรูปแบบเดียวกันซ้ำเป็นระยะๆ ในสามมิติ และความต่อเนื่องของ มีพันธะเคมีที่ขยายออกไปในระยะทางไกล ตามข้อโต้แย้งนี้ ชโรดิงเงอร์แนะนำว่ายีนนั้นเป็นผลึกมิติเดียวเชิงเส้น ซึ่งไม่มีการเกิดซ้ำเป็นระยะ เช่น., คริสตัล aperiodic ภายใต้อิทธิพลของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี L udwig B oltzmann (1886) ชโรดิงเงอร์สรุปว่า “เรากำลังเผชิญกับกลไกที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงจากกลไกความน่าจะเป็นของฟิสิกส์ กลไกที่ไม่สามารถลดเป็นกฎธรรมดาของฟิสิกส์ได้ … . สิ่งมีชีวิตในขณะที่ไม่ได้หลบเลี่ยงกฎของฟิสิกส์ … มีแนวโน้มที่จะเกี่ยวข้องกับกฎฟิสิกส์อื่นมาจนถึงบัดนี้ที่ไม่รู้จัก … ” น่าเสียดายที่ Schrödinger ได้รับคำแนะนำจากนัก cytogeneticist C. D. Darlington จาก Oxford ว่ายีนน่าจะเป็นโปรตีน ซึ่งเป็นความเชื่อที่แพร่หลายในหมู่นักชีววิทยาในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม Schrödinger หยุดพูดสั้น ๆ ว่าโปรตีนเป็นโพลีเมอร์ที่มีสายโซ่ยาว ค่อนข้างเข้าใจได้ Schrödinger ไม่ได้ตระหนักถึงการค้นพบที่สำคัญของ A very และคณะ (1944) ยีนนั้นสร้างจาก DNA ซึ่งเป็นการค้นพบที่เพิ่งตีพิมพ์ในขณะที่หนังสือของเขาถูกตีพิมพ์ การบรรยายจัดทำขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2486 และจัดพิมพ์หนังสือในปี พ.ศ. 2487 ประสบความสำเร็จเกินความคาดหมายของผู้เขียน ได้รับการแปลเป็นเจ็ดภาษา และมียอดขายรวมเกิน 100,000 กว่าฉบับ

บทส่งท้าย: บทส่งท้ายมีชื่อว่า "ด้วยความมุ่งมั่นและเจตจำนงเสรี" Schrödinger เขียนว่า “เพื่อเป็นรางวัลสำหรับปัญหาร้ายแรงที่ฉันได้ใช้เพื่ออธิบายปัญหาทางวิทยาศาสตร์อย่างหมดจดของปัญหาของเรา … ฉันขอให้เพิ่มมุมมองของฉันเองซึ่งจำเป็นต้องเป็นอัตนัย เกี่ยวกับความหมายทางปรัชญา”

ชโรดิงเงอร์เขียนว่า ตรงกันข้ามกับความเห็นของนักฟิสิกส์บางคน ความไม่แน่นอนของควอนตัม ไม่มีบทบาทที่เกี่ยวข้องทางชีวภาพในเหตุการณ์กาล-อวกาศในร่างกายของสิ่งมีชีวิต ยกเว้นบางทีโดยการเสริมธรรมชาติโดยบังเอิญอย่างหมดจดในการกลายพันธุ์ ไมโอซิส และอื่นๆ สถานที่หลักสองแห่งที่ชโรดิงเงอร์พิจารณาคือ (ก) ร่างกายทำหน้าที่เป็นกลไกที่บริสุทธิ์ตามกฎของธรรมชาติ และ (ข) เรารู้ด้วยว่าเรากำลังกำกับการเคลื่อนไหวของมัน โดยรู้ดีถึงผลที่ตามมาจากการกระทำของเราและรับผิดชอบต่อสิ่งเหล่านี้ . จากสถานที่เหล่านี้ ชโรดิงเงอร์สรุปว่า (ในความหมายที่กว้างที่สุด) ข้าพเจ้าคือบุคคลที่ควบคุม "การเคลื่อนที่ของอะตอม" ตามกฎแห่งธรรมชาติ (ถ้ามี)

มันเป็นลักษณะเฉพาะของ ชีวิตคืออะไร? ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนตกใจ ชโรดิงเงอร์กล่าวต่อไปว่า: “ในคำศัพท์ของคริสเตียนที่พูดว่า: 'ฉะนั้นฉันคือพระเจ้าผู้ทรงฤทธานุภาพ' ฟังดูทั้งดูหมิ่นและบ้า แต่โปรดละเว้นความหมายแฝงเหล่านี้ในขณะนี้และพิจารณาว่าการอนุมานข้างต้นนั้นไม่ใช่สิ่งที่นักชีววิทยาสามารถพิสูจน์พระเจ้าและความเป็นอมตะในคราวเดียวได้ใกล้เคียงที่สุดหรือไม่” เขากล่าวว่าความเชื่อที่คล้ายคลึงกันได้รับการบันทึกไว้เมื่อกว่า 2,500 ปีที่แล้วในอุปนิษัทที่ยิ่งใหญ่ในยุคแรกในอินเดียโบราณซึ่งมีแนวคิดที่ว่า อัธมาน เท่ากับ พราหมณ์ เท่ากับอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง ตัวตนนิรันดร์ที่เข้าใจทุกอย่างถูกมองข้ามไป สำหรับชาวฮินดู (ปราชญ์โบราณของ Vedanta) มันแสดงให้เห็นถึงแก่นสารของการหยั่งรู้อย่างลึกซึ้งที่สุดเกี่ยวกับเหตุการณ์ต่างๆ ของโลก ดังที่ชโรดิงเงอร์กล่าวไว้ จากจุดเริ่มต้นเหล่านี้ Schrödinger ได้คาดการณ์แนวความคิดที่ว่า "ฉันกลายเป็นพระเจ้า" แก่ธรรมิกชนและผู้ลึกลับตลอดหลายศตวรรษ

สำหรับชโรดิงเงอร์ แนวคิดเรื่องความสำนึกหลายส่วน (ตรงกันข้ามอย่างชัดเจนในอุปนิษัท) ซึ่งนักปรัชญาตะวันตกยอมรับอย่างกว้างขวางนั้นไม่มีความหมาย เขาเขียนว่า “สิ่งนี้นำไปสู่การประดิษฐ์วิญญาณเกือบจะในทันที มากที่สุดเท่าที่มีร่างกาย และนำไปสู่คำถามที่ว่าพวกเขาเป็นมนุษย์หรือไม่ … . มีคนถามคำถามโง่ ๆ มากมาย: สัตว์มีวิญญาณด้วยหรือไม่? ถูกตั้งคำถามว่าผู้หญิงหรือผู้ชายเท่านั้นที่มีวิญญาณ” เขาชอบที่จะพิจารณาสิ่งที่เรียกว่าพหุนิยมว่าเป็นชุดของแง่มุมต่าง ๆ ของ หนึ่ง สติ ในบันทึกต่อมาของบทส่งท้าย ชโรดิงเงอร์พบความสบายใจในมุมมองที่คล้ายกันซึ่งแสดงไว้ในหนังสือของ A ldous H uxley (1946) ที่เรียกว่า ปรัชญายืนต้นซึ่งได้เผยแพร่หลังจากนั้นไม่นาน

กระบวนทัศน์ไฮบริด: ด้วยการประยุกต์ใช้ทฤษฎีควอนตัมกับปรากฏการณ์ทางชีววิทยา S chrödinger (1944) พยายามที่จะอธิบายโครงสร้างและหน้าที่ของยีนในแง่ของกระบวนทัศน์ลูกผสม บ่อยครั้งมักเกิดขึ้นที่จุดตัดของสองสาขาวิชาขึ้นไปที่มีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เชิงนวัตกรรมเกิดขึ้น H eisenberg (1962) เขียนใน ฟิสิกส์และปรัชญาได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่า “ในประวัติศาสตร์ของการคิดของมนุษย์ พัฒนาการที่เกิดผลมากที่สุดมักเกิดขึ้นที่จุดซึ่งแนวความคิดที่แตกต่างกันสองแนวมาบรรจบกัน” (หน้า 175) สาขาใหม่ของวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์มุมมอง แนวคิด และวิธีการต่างๆ จากหลากหลายสาขาวิชา เพราะมันนำไปสู่ ​​"พลังไฮบริด" บนระนาบทางปัญญา ตัวอย่างเช่น เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์มีส่วนทำให้โครงสร้างดีเอ็นเอชัดเจน (W atson และ C rick 1953) อย่างไรก็ตาม ในกรณีปัจจุบัน นักฟิสิกส์ชโรดิงเงอร์ได้ชี้ให้เห็นถึงแนวทางใหม่ในการมองทางชีววิทยา ซึ่งช่วยกระตุ้นและกระตุ้นความคิดของนักชีววิทยารุ่นใหม่ การเพิ่มขึ้นของอณูชีววิทยา โครงการจีโนมมนุษย์ และวิทยาศาสตร์สุขภาพสิ่งแวดล้อมต่างๆ เป็นผลโดยตรงจากการสังเคราะห์ที่ประสบความสำเร็จในหลายสาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์ กระบวนการนี้เรียกว่า "การผสมพันธุ์ทางปัญญา" (D ronamraju 1989) มันไม่ใช่ "การปฏิวัติ" ที่ไม่ต่อเนื่องกันมากนักในความหมายของคุห์เนียน (K uhn 1962) แต่เป็นการสังเคราะห์อย่างค่อยเป็นค่อยไป (หรือ "วิวัฒนาการ") ของแนวคิด แนวคิด และวิธีการจากหลายสาขาวิชา

สถานที่ของ ชีวิตคืออะไร? ในทางชีววิทยา: หนังสือของชโรดิงเงอร์ได้รับการวิจารณ์ที่หลากหลาย H aldane (1945b) ทบทวนเรื่องนี้ในทางที่ดี: “ฉันสงสัยว่าคนรุ่นหลังจะพบว่าการข้ามผ่านที่น่าสนใจพอๆ กับการแลกเปลี่ยนพลังงาน หรือการกลายพันธุ์เป็นการเปลี่ยนแปลงของอะตอม อย่างไรก็ตาม อาจเป็นเช่นนี้ นักพันธุศาสตร์ทุกคนจะสนใจแนวทางของชโรดิงเงอร์ที่มีต่อวิทยาศาสตร์ของตน” บทวิจารณ์ของ M uller (1946) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อบทส่งท้าย เขาคาดการณ์ว่าหนังสือเล่มเล็ก ๆ นี้ควรพิสูจน์ว่ามีคุณค่าในการส่งเสริมความสัมพันธ์ที่จำเป็นอย่างมากระหว่างพื้นฐานของวิทยาศาสตร์กายภาพและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ด้วยการมองการณ์ไกลอย่างมาก มุลเลอร์เขียนว่าการอธิบายโครงสร้างและหน้าที่ของยีนจะ “ไม่เพียงแต่นำมาซึ่งฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเคมีอีกมากด้วย” มุลเลอร์ชี้ให้เห็นว่าความรู้ด้านพันธุศาสตร์ที่จำกัดของชโรดิงเงอร์ (เห็นได้ชัดว่าเรียนรู้อย่างรวดเร็วจากการอ่านสิ่งพิมพ์สองสามฉบับ) ทำให้เขาสร้างข้อความที่ไม่ถูกต้อง เช่น.ในการอธิบายว่าทำไมการกลายพันธุ์เกิดขึ้นในอัลลีลเพียงครั้งละหนึ่งอัลลีล และการประมาณขนาดและจำนวนยีนขั้นต่ำเป็นต้น อย่างไรก็ตาม มุลเลอร์ยังระบุด้วยว่าหนังสือของชโรดิงเงอร์ควรให้บริการที่มีคุณค่าโดยมุ่งความสนใจไปที่ปัญหาที่สำคัญบางประการทางชีววิทยา การตรวจสอบของมุลเลอร์ยังช่วยอธิบายคำศัพท์ของชโรดิงเงอร์ในแง่ที่นักชีววิทยาคุ้นเคยมากกว่า ตัวอย่างเช่น "เอนโทรปีเชิงลบ" คือ "พลังงานศักย์" "ความแปรปรวน" คือ "ความซับซ้อน" เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม ความคิดเห็นที่สำคัญที่สุดของมุลเลอร์คือการอ้างอิงถึงบทส่งท้ายมุลเลอร์เขียนว่า “เป็น … ถูกต้องตามกฎหมายที่จะถือว่าผู้เขียนต้องรับผิดชอบอย่างจริงจังเมื่อเขาแล่นเรือออกไป ในบทส่งท้ายของเขา … เพื่อใช้แนวความคิดที่ได้กล่าวมาแล้วเป็นเครื่องมือในการฉายเรือของเขาในทะเลแห่งเวทย์มนต์ที่ล้าสมัย… . หากการทำงานร่วมกันของนักฟิสิกส์ในการโจมตีคำถามทางชีววิทยานำไปสู่การสรุปของเขาว่า "ฉันคือพระเจ้าผู้ทรงฤทธานุภาพ" และชาวฮินดูโบราณอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้อง ความช่วยเหลือของเขาควรกลายเป็นผู้ต้องสงสัย อย่างไรก็ตาม หวังว่าการเปิดเผยที่โชคร้ายของแรงกระตุ้นภายในของนักฟิสิกส์คนนี้จะไม่ทำให้การอธิบายที่ค่อนข้างชัดเจนในร่างกายของหนังสือเล่มปัจจุบันถูกพิจารณาอย่างจริงจัง และการสร้างสายสัมพันธ์ที่มีประโยชน์มากขึ้นระหว่างฟิสิกส์ เคมี และพื้นฐานทางพันธุกรรมของชีววิทยา อยู่ในระหว่างทางในที่สุด”

ในการแนะนำหนังสือเกี่ยวกับ Max Delbruck ในวันเกิดปีที่หกสิบของเขา S tent (1966) ได้ประเมินการมีส่วนร่วมทางชีววิทยาของ Schrödinger เขากล่าวว่ามันอาจจะมีอิทธิพลเพียงเล็กน้อยต่อนักชีววิทยามืออาชีพ แต่มันส่งผลกระทบอย่างมากต่อนักวิทยาศาสตร์ทางกายภาพ ผู้ซึ่งมีความสุขเกินกว่าจะมุ่งสติปัญญาไปที่ปัญหาใหม่และสดชื่นในปีหลังสงคราม Stent ชี้ให้เห็นว่ามีช่องว่างที่สำคัญในความรู้ทางพันธุกรรมของSchrödinger เขาไม่ได้พยายามที่จะรวมเคมีในการสนทนาของเขา ความรู้ของชโรดิงเงอร์มาจากบทความที่ตีพิมพ์สองสามฉบับและการสนทนากับเดลบรูคก่อนหน้านี้ เขาไม่ได้ทำการทดลองทางพันธุศาสตร์ ความเข้าใจในพันธุศาสตร์ของเขาล้าสมัย ใน ชีวิตคืออะไร?ชโรดิงเงอร์ไม่ได้เอ่ยถึงความก้าวหน้าล่าสุดในพันธุศาสตร์ กล่าวคือ สมมติฐาน "หนึ่งยีน-หนึ่งเอนไซม์" ที่ได้รับการสนับสนุนจากการค้นพบ B eadle และ T atum (1941) ซึ่งท้ายที่สุดก็มีส่วนทำให้เกิดอณูชีววิทยา เขาเน้นย้ำถึงการวิจัยเกี่ยวกับแมลงหวี่ แม้ว่าในทศวรรษที่ 1940 พันธุศาสตร์จะถูกควบคุมโดยผู้ที่ทำงานกับจุลินทรีย์ เช่น., นิวโรสปอร์. แม้ว่าจะเป็นแบบจำลองของ Delbruck ที่เป็นแรงบันดาลใจให้ Schrödinger ให้ความสนใจในด้านพันธุศาสตร์ แต่ดูเหมือนว่า Schrödinger จะไม่ทราบว่า Delbruck ได้ทำงานกับไวรัสแบคทีเรียในช่วงห้าปีที่ผ่านมา นำไปสู่โรงเรียน phage ในด้านพันธุศาสตร์ ซึ่งต่อมาได้ให้คำตอบแก่หลาย ๆ คน คำถามที่ชโรดิงเงอร์ตั้งขึ้นใน ชีวิตคืออะไร?. วันสำคัญคือปี 1940 เมื่อ Alfred D. Hershey, Salvador E. Luria และ Max Delbruck ก่อตั้งกลุ่ม phage ที่ Cold Spring Harbor นานก่อนที่ Schrödinger กำลังเตรียมการบรรยายของเขาในดับลินซึ่งในที่สุดก็กลายเป็น ชีวิตคืออะไร?.

ในบรรดานักชีววิทยาคนอื่นๆ ที่ได้รับอิทธิพลจาก ชีวิตคืออะไร? คือ เจ อาเมส ดับเบิลยู แอตสัน (1968) และ ฟ แรนซิส ซี ริค (1988) W atson (1968) เขียนว่า “หนังสือเล่มนี้ได้เสนอความเชื่ออย่างงดงามว่ายีนเป็นองค์ประกอบสำคัญของเซลล์ที่มีชีวิต และเพื่อให้เข้าใจว่าชีวิตคืออะไร เราต้องรู้ว่ายีนทำหน้าที่อย่างไร” (หน้า 13) C rick (1988) เขียนว่า Schrödinger ทำให้ดูเหมือนว่าสิ่งที่ยิ่งใหญ่อยู่ใกล้แค่เอื้อม


บทสรุปและมุมมอง

UCPs ก่อให้เกิดกลุ่มโปรตีนขนาดเล็กที่เป็นของตระกูลใหญ่ของตัวขนส่งไมโตคอนเดรียแอนไอออน UCP1 มีลักษณะเฉพาะที่ดี: มันทำงานเป็น uncoupler ที่ได้รับการควบคุมใน adipocytes สีน้ำตาลและควบคุมการผลิตความร้อน UCP2 และ UCP3 น่าจะเป็นบรรพบุรุษของ UCP1 และหน้าที่ของ UCP ยังไม่เข้าใจทั้งหมด อาจมีการเสนอว่าหน้าที่ของบรรพบุรุษของ UCPs ไม่ได้ทำให้การหายใจไม่ออกอย่างรุนแรง เช่นเดียวกับ UCP1 แต่เป็นการอำนวยความสะดวกในการปรับตัวของเซลล์ให้เข้ากับโมเลกุลของออกซิเจนผ่านการคลายการหายใจออกเล็กน้อย ซึ่งจะเป็นการจำกัดการผลิต ROS UCP1 อาจเป็น UCP เพียงตัวเดียวที่กระตุ้นให้เกิดการแยกการหายใจที่เน้นการกำเนิดความร้อนตามกฎระเบียบ UCP2 ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับการจำกัด ROS ในมาโครฟาจและเซลล์อื่นๆ และอาจมีความสำคัญต่อการต่อต้านกระบวนการเสื่อม บทบาทที่เป็นไปได้สำหรับ UCP2 ในการป้องกันระบบประสาททำให้ต้องมีการตรวจสอบเนื่องจากบทบาทในการป้องกัน UCP2 ในการบาดเจ็บที่สมองได้อธิบายไว้ในหนูดัดแปรพันธุกรรมที่แสดง UCP2 มากเกินไป (51,52) การวิเคราะห์ไมโครแซทเทลไลท์มาร์กเกอร์ที่ตำแหน่ง UCP2/UCP3 บนโครโมโซมของมนุษย์ g11 ซึ่งเผยให้เห็นความเชื่อมโยงกับอาการเบื่ออาหาร nervosa เป็นเรื่องที่น่าสนใจ (53) UCP2 และ UCP3 มีส่วนร่วมในการควบคุมการเผาผลาญ UCP2 ลดระดับการหลั่งอินซูลินและอาจควบคุมการสะสมไขมัน UCP3 อาจเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกรดไขมันในกล้ามเนื้อโครงร่าง แต่สิ่งนี้ยังคงต้องชี้แจง (54) ประเด็นเฉพาะคือคำถามเกี่ยวกับลิแกนด์ตามธรรมชาติและหน่วยงานกำกับดูแลของ UCP ต่างๆ นิวคลีโอไทด์ กรดไขมัน ควิโนน และซูเปอร์ออกไซด์อาจยับยั้งหรือกระตุ้น UCP บางอย่าง แต่นี่เป็นที่ถกเถียงกัน (18,55,56) จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องประเมินความสำคัญทางสรีรวิทยาของหน่วยงานกำกับดูแลเหล่านี้ สุดท้าย หน้าที่ที่แน่นอนของ UCP ใหม่จะได้รับการชี้แจงเมื่อมีการอธิบายกิจกรรมการขนส่งที่แม่นยำ

F . ใช้การไล่ระดับโปรตอนของไมโตคอนเดรียที่สร้างโดยคอมเพล็กซ์ของระบบทางเดินหายใจ0-NS1-ATP สังเคราะห์เป็น phosphorylate ADP อีกกลไกหนึ่งที่ใช้การไล่ระดับสีและลดการสังเคราะห์ ATP คือโปรตอนรั่ว (ลูกศรสีเหลือง) การกลับเข้ามาของโปรตอนในเมทริกซ์ที่ไม่ควบคู่กับการสังเคราะห์ ATP เป็นกลไกการกระจายพลังงาน UCP1 ไขมันสีน้ำตาลเป็นตัวอย่างของการรั่วไหลของโปรตอนในไมโตคอนเดรีย Cyt C, cytochrome C ΔμH + , โปรตอนไฟฟ้าไล่ระดับ e − , อิเล็กตรอน F0, ส่วนที่เป็นพังผืดของ ATP-synthase F1, ส่วนเร่งปฏิกิริยาของ ATP-synthase

แบบจำลองสำหรับ UCP และพาหะประจุลบของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย โปรตีนประกอบด้วยโดเมนทรานส์เมมเบรนหกโดเมน (หมายเลข 1–6) ที่เชื่อมโยงกันด้วยส่วนที่ชอบน้ำ UCPs และตัวขนส่งประจุลบของไมโตคอนเดรียมีโครงสร้างสามเท่า โดยทุก ๆ ในสาม (ส่วนที่สามตรงกลางเป็นกรอบ) ทำจาก α-helices สองตัวและโดเมนที่มีขั้ว ดาวระบุตำแหน่งของส่วนปลายของโดเมนเมมเบรนของ UCP1 ที่ระบุโดยใช้แอนติบอดีจำเพาะ (งานที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการของผู้แต่ง [3,5]) UCP ทั้งสามตัวและตัวขนส่งประจุลบทั้งหมดของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในมีโครงสร้างเดียวกัน

บทบาทที่มาจาก UCP ต่างๆ ตามวิธีการทดลอง


ดูวิดีโอ: โปรตนพช ทางเลอกสขภาพด by หมอแอมป Dr. Amp Guide u0026 Podcast (สิงหาคม 2022).