Dodatek A

Życiodajna współpraca

Życie na Ziemi nie mogłoby istnieć, gdyby wewnątrz komórek nie współdziałały ze sobą białka i kwasy nukleinowe (DNA i RNA). Przeanalizujmy niektóre szczegóły tej fascynującej molekularnej współpracy, gdyż właśnie z ich powodu wielu osobom trudno jest uwierzyć, że żywe komórki pojawiły się przez przypadek.

Zaglądając w głąb ludzkiego ciała aż do wnętrza mikroskopijnych komórek, stwierdzamy, iż jesteśmy zbudowani przede wszystkim z cząsteczek białka. Większość z nich ma postać jakby wstążek złożonych z aminokwasów i poskręcanych w najróżniejsze struktury przestrzenne. Mogą na przykład mieć kształt kulisty lub przypominać harmonijkę.

Niektóre białka razem ze związkami tłuszczopodobnymi tworzą błony komórkowe. Inne pomagają rozprowadzać tlen z płuc po całym organizmie. Jeszcze inne to enzymy (katalizatory), które trawią nasze pożywienie, rozkładając zawarte w nim białka na aminokwasy. Wymieniliśmy zaledwie kilka spośród tysięcy zadań wykonywanych przez białka. Można o nich powiedzieć, że są wykwalifikowanymi pracownikami w służbie życia — bez nich w ogóle nie byłoby żywych organizmów. Z kolei białka nie istniałyby bez pomocy DNA. Co to jest DNA i jak wygląda? Jaka współzależność zachodzi między nim a białkami? Znakomici uczeni, którzy znaleźli odpowiedzi na te pytania, zostali uhonorowani Nagrodą Nobla. Niemniej podstawowe fakty można zrozumieć bez gruntownej znajomości biologii.

Wzorzec życia

Ponieważ komórki w dużej mierze zbudowane są z białek, więc ciągle potrzebują nowych cząsteczek białka, by zastępować nimi zużyte, katalizować reakcje chemiczne i tworzyć nowe komórki. Produkcja tych cząsteczek przebiega według instrukcji zawartych w DNA (kwasie deoksyrybonukleinowym). Przyjrzyjmy się mu bliżej, by lepiej zrozumieć, jak powstają białka.

Cząsteczki DNA znajdują się w jądrach komórkowych. Ich zadaniem jest nie tylko udostępnianie instrukcji niezbędnych do produkcji białek, ale też przechowywanie informacji genetycznych, przekazywanych następnym pokoleniom komórek. Swym kształtem przypominają skręconą drabinę sznurową (jest to tak zwana podwójna helisa). Każdy z dwóch „sznurów” składa się z ogromnej liczby elementów zwanych nukleotydami, których są cztery rodzaje: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T). Litery tego „alfabetu DNA” łączą się parami — A z T, G z C — tworząc „szczeble” owej helikalnie skręconej drabiny. W sumie mieści ona tysiące genów, czyli jednostek dziedziczności.

 Pojedynczy gen zawiera informacje potrzebne do syntezy białka. O tym, jakie ono ma być, decyduje sekwencja liter (nukleotydów) w genie, stanowiąca zakodowaną instrukcję, swego rodzaju plan budowy. A zatem DNA, dzięki wszystkim swym podjednostkom, kryje w sobie wzorzec życia. Bez tych zakodowanych informacji nie istniałyby rozmaite białka, a co za tym idzie nie byłoby żywych organizmów.

Współpraca

Ponieważ jednak plan budowy białek jest przechowywany w jądrze komórkowym, a powstają one na zewnątrz jądra, potrzebna jest dodatkowa pomoc, by te zakodowane instrukcje dostarczyć na „plac budowy”. Pomoc taką zapewnia RNA (kwas rybonukleinowy), mający podobną budowę chemiczną jak DNA, a w realizacji całego zadania bierze udział kilka rodzajów tej substancji. Przyjrzyjmy się bliżej tym niezwykle skomplikowanym procesom, podczas których przy współudziale RNA powstają nieodzowne dla nas białka.

Operacja rozpoczyna się w jądrze komórkowym, gdzie fragment DNA ulega rozpleceniu — dwa sznury owej drabiny zostają od siebie odsunięte. Dzięki temu odpowiednie litery RNA mogą się przyłączać do odsłoniętych liter DNA, znajdujących się w jednym z tych sznurów, a pewien enzym dołącza je do tworzącego się łańcucha RNA. W ten sposób informacja zawarta w DNA zostaje przepisana na RNA w swoistym dialekcie języka DNA. Tak zbudowany łańcuch oddziela się od cząsteczki DNA, a ona sama ponownie się splata.

Po dalszych modyfikacjach powstaje aktywna cząsteczka RNA zawierająca zakodowaną informację. Następnie opuszcza jądro i dociera do miejsca produkcji białek, gdzie owa informacja zostaje odkodowana. Każda trójka liter RNA tworzy „słowo”, któremu odpowiada ściśle określony aminokwas. Inny typ RNA szuka właściwego aminokwasu, chwyta go, korzystając z pomocy enzymu, i transportuje na „plac budowy”. Informacja zakodowana w RNA jest stopniowo odczytywana i „tłumaczona”, dzięki czemu tworzy się coraz dłuższy łańcuch aminokwasów. Łańcuch ten zwija się w niepowtarzalną strukturę i w efekcie powstaje jakiś rodzaj białka. A liczba różnych jego rodzajów w naszym ciele prawdopodobnie przekracza 50 000.

Sam proces zwijania się białka także ma wielkie znaczenie. W roku 1996 uczeni z całego świata „wyposażeni w najlepsze programy komputerowe usiłowali rozwiązać jeden z najbardziej złożonych problemów w biologii: jak pojedyncze białko, będące początkowo długim łańcuchem aminokwasów, zwija się w skomplikowaną strukturę, która decyduje o jego funkcji w procesach życiowych. (...) Mówiąc krótko, wynik był taki: komputery przegrały, białka wygrały. (...) Naukowcy oszacowali,  że w wypadku średniej wielkości łańcucha, zbudowanego ze 100 aminokwasów, rozwiązanie problemu zwijania się białka przez sprawdzenie każdej możliwości zajęłoby 10²⁷ (miliard miliardów miliardów) lat” (The New York Times).

Powyższy opis powstawania cząsteczki białka, choć bardzo pobieżny, daje pewne wyobrażenie, jak niezwykle skomplikowany jest ten proces. A czy się domyślasz, ile czasu zabiera utworzenie łańcucha 20 aminokwasów? Około jednej sekundy! Procesy te nieustannie przebiegają w komórkach całego naszego ciała, od stóp do głów.

Jaki stąd wniosek? Współpraca ta, która umożliwia powstawanie i dalsze istnienie organizmów żywych, a obejmuje jeszcze wiele innych czynników — zbyt wiele, by wszystkie je tu wymienić — budzi nabożne zdumienie. Przy tym termin „współpraca” dość słabo oddaje to precyzyjne współdziałanie, jakie jest nieodzowne, by na podstawie informacji zawartych w DNA i przy użyciu różnych form wyspecjalizowanych cząsteczek RNA mogło powstać białko. Nie można też nie wspomnieć o rozmaitych enzymach, z których każdy odgrywa swoistą i bardzo ważną rolę. Kiedy w naszym ciele powstają nowe komórki — a dzieje się to bez udziału naszej świadomości miliardy razy na dzień — potrzebne są im kopie wszystkich trzech rodzajów składników: DNA, RNA i białek. Zrozumiałe więc, dlaczego w czasopiśmie New Scientist napisano: „Jeżeli usunie się dowolną z tych trzech substancji, życie powoli zgaśnie”. Pójdźmy jednak o krok dalej: Bez tych trzech elementów i bez współdziałania między nimi życie nie mogłoby powstać.

Czy rozsądne byłoby przypuszczenie, że każdy z tych trzech molekularnych współpracowników pojawił się samoistnie w tym samym czasie i miejscu oraz był tak precyzyjnie dopasowany do pozostałych, iż zaczęły wspólnie tworzyć opisane tu cuda?

 Jednakże istnieje też inne wyjaśnienie kwestii, jak powstało życie na Ziemi. Wielu doszło do przekonania, że życie to efekt starannej działalności Projektanta dysponującego inteligencją wyższego rzędu.