Содержит ли ДНК информацию помимо синтеза белка?

Хорошо известно, что генетическая информация хранится в ДНК. Насколько мне известно, ДНК содержит информацию только на белковом уровне. А как насчет более высоких уровней, таких как органеллы, клетки, ткани, органы? Есть ли какой-либо известный носитель информации на этом уровне? Если нет, то что направляет эти уровни структуры?

Гипотеза: Выше уровня белка нет настоящего генотипа/фенотипа. Вместо этого все это делается посредством клеточного деления. Таким образом, нет разделения между информацией и воплощением. Вместо этого используется модель дублирования прототипов: клетки растут и делятся, создавая новые клетки. Что касается дифференциации в разные типы клеток и организации в ткани и органы: информационные и управляющие системы для этого в настоящее время неизвестны.

Отличный вопрос. Добро пожаловать в Biology.SE!

Ответы (1)

Какой своевременный вопрос.

Содержит ли ДНК информацию помимо синтеза белка?

Да . На самом деле гены, кодирующие белок, составляют лишь крошечную часть — менее 2% — всей ДНК. Конечно, есть много других генов, которые не кодируют белок: есть гены рибосомной РНК , и мы находим все больше и больше генов, кодирующих малые РНК, такие как тРНК . Но даже если мы посчитаем все эти гены, мы не превысим 10% всей ДНК.

Вместо этого большая часть ДНК предназначена для регуляции экспрессии генов, что наиболее важно посредством связывания факторов транскрипции (но картина гораздо сложнее). С завершением проекта ENCODE было опубликовано множество статей , которые показывают, что на самом деле большая часть ДНК активно участвует в связывании различных факторов (хотя неизвестно, какая часть этого на самом деле способствовала приспособленности клетки).

Но здесь я немного утрировал ваш вопрос. Итак, вернемся к тому, что вас действительно интересует:

А как насчет более высоких уровней, таких как органеллы, клетки, ткани, органы?

Неизвестен механизм (помимо уже упомянутой регуляции), который кодировал бы такую ​​информацию в ДНК. Категорически исключить его существование может быть сложно, но, учитывая, что мы не нашли никаких механизмов, которые были бы необходимы для считывания такой информации, мы можем быть вполне уверены, что его не существует.

Если нет, то что направляет эти уровни структуры?

Высшие уровни организации, судя по всему, эмерджентны. То есть они являются следствием более низкого уровня организации. Возьмем, к примеру, цитоскелет , который несет большую часть физической структуры клетки. Он состоит из различных белковых комплексов, которые образуются спонтанно в результате сборки глобулярных белков (таких как актин). Существует несколько способов управления этим процессом, но, что поразительно , он во многом стохастический  , т. е. в основном неуправляемый, и ему все же удается построить стабильный скелет просто благодаря молекулярным свойствам, закодированным в белках.

Я думаю, что это общая тема клеточной организации: элементарные строительные блоки кодируются ДНК, и их количество строго регулируется. Из этого вытекает все остальное, т.е. организация более высокого уровня: обилие и локализация нужных белков.

Что касается дифференциации в разные типы клеток и организации в ткани и органы: информационные и управляющие системы для этого в настоящее время неизвестны.

На самом деле здесь многое известно , и это восходит к регуляции на уровне ДНК: мы знаем, что гены по-разному экспрессируются в зависимости от типа клетки и стадии развития (и стадии клеточного цикла). Эта регуляция очень сложна, и ее расшифровка — медленный процесс. Тем не менее, задействованные здесь факторы расшифровываются один за другим. Это область биологии развития .

Спасибо! Очень полезно. А как насчет моей гипотезы о том, что не вся биологическая информация расщепляется между генотипом/носителем информации и фенотипом/воплощением, а какая-то на самом деле ближе к прототипу + копировщику? В частности, органеллы и клетки никогда не создаются ex nihlo из какого-либо типа информации , а всегда отделяются от ранее существовавшей?
@S.RobertJames Я не знаю. Я предполагаю , что большинство (хотя, очевидно, не все, например, митохондрии/хлоропласты) органелл также могут образовываться de novo, поскольку их составляющие снова закодированы в ядерном геноме, и их сборка может снова быть либо спонтанной, либо с помощью других белков. На самом деле, друг только что напомнил мне о таких вещах, как центриоли, для сборки которых требуется белок-помощник.
На самом деле неправильно интерпретировать данные ENCODE как показывающие, что большая часть ДНК в геноме человека «активно участвует в связывании различных факторов». По словам ученого ENCODE Эвана Бирни, только 8% ДНК функционирует в связывающих факторах. Почти 60% ДНК является интронной, классифицированной ENCODE как функциональная просто потому, что она транскрибируется. genomeinformatician.blogspot.co.uk/2012/09/…
@ Алан Это абсолютно так. Взаимодействие показано in vivo. Споры о том, выполняет ли эта привязка функцию (и ее определение). Независимо от того, функционален он или нет, он в тот или иной момент связан либо с факторами транскрипции, либо с механизмом транскрипции (т.е. транскрибируется). Юэн говорит именно это в сообщении в блоге, на которое вы ссылаетесь, и даже уточняет использование слова «функциональный».
@Konrad Это прямая цитата: «с использованием очень строгих классических определений« функциональных », таких как связанные мотивы и следы ДНКазы I; места, где мы очень уверены, что существует специфический контакт ДНК: белок, такой как сайт связывания фактора транскрипции с фактические базы — мы видим кумулятивное занятие 8% генома». Я интерпретирую это как означающее, что только 8% «активно вовлечены в ожидание различных факторов».
@AlanBoyd Нет. И я, и Юэн не согласны. Юэн проводит четкое различие между определением «функционала», которое используют его недоброжелатели, которое будет подпадать под положительный отбор (и которое даст оценку 8%, что все еще намного выше классических оценок), и тем, которое он использует, которое дает 80% активно участвует в связывании <всех> факторов (но это не обязательно способствует приспособленности клетки и, следовательно, может не подвергаться селективному давлению).
@AlanBoyd, где вы видели, чтобы Юэн утверждал, что 60% интроники? Разве вы, мужчины, не межгенные, а транскрибированные? Кроме того, Конрад, извините за педантство, но гены в человеческом геноме составляют примерно 5% ДНК человека, экзоны , кодирующие белок, составляют примерно 2%.
Эван Бирни: «... 60% генома с новой подробной аннотацией, проверенной вручную (GenCode), являются либо экзонными, либо интронными...» Как говорит Конрад, обычно цитируемая цифра для кодирования (= экзонической) ДНК «меньше 2%». Следовательно, 58% генома составляют интроны: это «почти 60%».
@AlanBoyd Понятно, извини, я думал, ты имеешь в виду гены, кодирующие белок.
Содержит ли ДНК информацию помимо синтеза белка?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v