Virus má výkonný mini-motor ke sbalování své DNA

Link na článek v angličtině: Even a tiny virus has a powerful mini-motor

Autor: Jonathan Sarfati

V originále vydáno: Even a tiny virus has a powerful mini-motor, 27. listopad 2007

Dr. Smith a někteří jeho kolegové z UCSD se při řešení tohoto problému spojili s vědci z Americké katolické univerzity (Washington, DC).² Analyzovali bakteriofága T4 (vpravo nahoře) – virus, který infikuje bakterie E. coli, tedy typ, který obývá lidská střeva – pomocí „laserové pinzety“, která přidržuje jedinou molekulu DNA, a měřili sílu, kterou na ni působí balicí motor viru.

Vzhledem ke své velikosti je [tento balicí motor DNA] dvakrát výkonnější než motor automobilu.

Ukázali, že tento motor působí silou >60 pikonewtonů. To zní jako malá hodnota (6×10^-11 N), ale vzhledem ke své velikosti je dvakrát silnější než motor automobilu. Takže motor, komplex enzymu terminázy, „dokáže zachytit a začít balit cílovou molekulu DNA během několika sekund.“² Takový motor musí spotřebovat hodně energie, protože fosfátové skupiny jsou záporně nabité, takže se navzájem odpuzují. Za jednu sekundu tedy tento motor spotřebuje více než 300 jednotek životní měny energie. Touto energetickou měnou je molekula ATP (adenosintrifosfát)³ a ta sama je generována pozoruhodným molekulárním motorem, ATP syntázou.⁴ Virus má ve svém obalovém motoru zabudovaný doplňkový motor-enzym ATPázu, který uvolňuje energii ATP.

A nejenže je tento obalový motor výkonný, může měnit svou rychlost, jako by měl převody. Podle vědců je to důležité, protože DNA, která je mu přiváděna z buňky, pravděpodobně není jednoduše rozpletené vlákno. Dr. Smith uvedl:

„Stejně jako je dobré, aby auto mělo brzdy a převody, a ne aby mohlo jet pouze 60 mil za hodinu, může být nutné, aby motor pro balení DNA zpomalil nebo zastavil a počkal, pokud narazí na překážku.” Doug Smith, výzkumný pracovník.

„Stejně jako je dobré, aby auto mělo brzdy a převody, a ne aby mohlo jet pouze 60 mil za hodinu, může být nutné, aby motor pro balení DNA zpomalil nebo zastavil a počkal, pokud narazí na překážku.“¹

Ve zprávě se uvádí:

Může to umožnit opravu DNA, transkripci nebo rekombinaci – výměnu kousků DNA za účelem zvýšení genetické rozmanitosti – ještě předtím, než je genetický materiál zabalen do virové kapsidy.¹

Další živé stroje

Tento motor je jen dalším příkladem složitosti, která je nutná i pro existenci subživotních forem, jako jsou viry, natož pro skutečný život. Protože život vyžaduje dlouhé molekuly, které uchovávají informace a předávají je dalším generacím, musí existovat také stroje, které se vypořádají s jeho neohrabanými fyzikálními vlastnostmi ještě předtím, než život vůbec může začít chemickou evolucí.

Zde jsou další dva stroje, které se právě vypořádávají s dlouhými trnitými vlastnostmi DNA, aby mohl život fungovat.

Oddělení dvojité šroubovice

Pro replikaci je nutné obě vlákna oddělit, aby bylo možné vytvořit kopii. Vlákna odděluje molekulární motor zvaný helikáza. Jedná se o molekulu ve tvaru prstence, která leží na replikační vidlici, kde se obě vlákna oddělují. Helikáza protáhne jedno vlákno svým otvorem, zatímco druhé vlákno je odvedeno pryč.⁵

Helikáza také nemusí pasivně čekat, až se vidlička rozšíří, naopak, vědci z Cornellovy univerzity prokázali, že vidličku otevírá aktivně.⁶ Jedna z nich, Michelle Wangová, řekla: „V podstatě se jedná o aktivní odvíjecí motor.“⁷ Odvíjení je však v buňkách mnohem rychlejší než ve zkumavce, takže doktorka Wangová navrhla, že „akcesorní proteiny pomáhají helikáze tím, že destabilizují spojení vidliček“.

Protože replikace je pro život nezbytná, jsou helikázy životně důležité pro všechny živé organismy. Kolegyně doktora Wanga Smita Patelová také upozornila: „Helikázy se podílejí prakticky na všech metabolických procesech DNA a RNA“. Dále doktorka Patelová vysvětlila: „Defekty v helikázách jsou spojeny s mnoha lidskými chorobami, od náchylnosti k rakovině až po předčasné stárnutí.“ Původ tak složitého stroje a zdroje energie je tedy jen dalším problémem, který musí chemická evoluce vyřešit.

Transkripce a drhnoucí stroj

I překopírování správné části DNA do mRNA tak, aby bylo možné přečíst její informaci, vyžaduje složité stroje. Ta zahrnuje enzym zvaný RNA polymeráza, který se skládá ze čtyř bílkovinných řetězců. A další bílkovina říká RNA polymeráze, kde má začít číst předlohu DNA. Enzymový komplex se pak pohybuje podél řetězce DNA, přidává odpovídající písmena RNA jedno po druhém a pak se zastaví na správném místě.

Richard Ebright a jeho tým z Rutgersovy univerzity objevili další složitosti tohoto procesu transkripce,^8,9,10 Právě tato mRNA je totiž překládána do proteinů ve složitých strojích známých jako ribozomy.

DNA je dvouvláknová a kopíruje se pouze jedno vlákno, proto se musí pro kopírování odvíjet. Kopírovací stroj, nazývaný RNA polymeráza (RNAP), se nejprve uzamkne na začátku genu (tj. sekvence kódující protein). Zakotvená RNAP pak navíjí DNA – proces se označuje jako scrunching.¹¹ Tím se odvíjí dvojité vlákno, takže z jednoho z nich může vzniknout kopie mRNA. Také proces odvíjení ukládá energii, podobně jako navíjení gumičky letadla poháněného gumou. A stejně jako u letadla na hraní se tato energie nakonec uvolní, přičemž stroj se poté odpoutá od svého výchozího bodu a vystřelí vpřed. Tím se také odvíjená DNA znovu navíjí („odvíjí“), která pak uniká ze zadní části stroje.¹²

Závěr

Naturalistické pojetí vzniku života provází řada problémů typu „slepice a vejce“.

Život je závislý na dlouhé dvouvláknové informační molekule DNA a nemohl by fungovat bez strojů schopných pracovat s tak dlouhými dvouvláknovými molekulami. Přesto je informace pro tyto stroje zakódována ve vláknech! Tyto stroje potřebují k výrobě a využití energie motor ATP syntázy, který je však rovněž zakódován v DNA. Kód potřebuje stroje a stroje potřebují kód. Život nám předkládá mnoho takových problémů typu „slepice a vejce“, na které naturalističtí teoretici nemají odpověď. Kreacionisté odpověď mají – na počátku Bůh stvořil plně funkční slepici, která pak snesla vejce. Problém vyřešen!

References

1. Powerful Molecular Motor Permits Speedy Assembly of Viruses, Physorg.com, 29 October 2007.
2. Fuller, D.N., Raymer, D.M., Kottadiel, V.I., Rao, V.B. and Smith, D.E., Single phage T4 DNA packaging motors exhibit large force generation, high velocity, and dynamic variability, Proceedings of the National Academy of Sciences, US 104(43):16868–16873, 23 October 2007.
3. Bergman, J., ATP: The Perfect Energy Currency for the Cell, CRSQ 36(1) June 1999
4. Sarfati, J., Design in living organisms (motors), Journal of Creation 12(1):3–5, 1998.
5. Mechanism of T7 Primase/Helicase (includes animation).
6. Johnson, D.S., Bai, L., Smith, B.Y., Patel, S.S., Wang, M.D., Single-molecule studies reveal dynamics of DNA unwinding by the ring-shaped t7 helicase, Cell 129(7):1299–1309, 29 June 2007.
7. Researchers solve mystery of how DNA strands separate, Physorg.com, 3 July 2007.
8. Nanotech tools yield DNA transcription breakthrough, Physorg.com, 16 November 2006.
9. Revyakin, A. et al., Abortive initiation and productive initiation by RNA Polymerase involve DNA scrunching, Science314(5802):1139–1143, 17 November 2006.
10. Kapanidis, A.N. et al., Initial transcription by RNA polymerase proceeds through a DNA-scrunching mechanism, Science 314(5802):1144–1147, 17 November 2006.
11. Roberts, J.W., RNA Polymerase, a Scrunching Machine, Science 314(5802):1139–1143, 17 November 2006 (comment on refs 9 and 10).
12. See also Sarfati. J., More marvellous machinery: „DNA scrunching’, J. Creation 21(1):4–5, 2007.

Transkripce je proces, při kterém se informace v DNA kopíruje do messengerové RNA (mRNA) pro výrobu bílkovin. Původně vytvořeno pro DNA Interactive (http://www.dnai.org).