Открыт весенний набор стартапов. Участвуй в конкурсе, чтобы получить бесплатную менторскую поддержку. Подать заявку до 20.03.2019 23:59
Close
Лекции Y Combinator.
На русском и украинском.
Как это было весной-летом 2017: http://russol.info/startupinit
Я присоединяюсь
Я помогу с
Имя
Емейл
Телефон
Профиль в соцсетях
Почему вам это нужно
Присоединиться к команде RUSSOL
Готов помогать
Я помогу с
Имя
Емейл
Телефон
Профиль в соцсетях
Почему вам это нужно
Предзапись на просмотр или посещение лекций потока осень 2018
По вторникам и четвергам. C 19 до 21
Лекции будут доступны в формате трансляций, записей и конспектов.
Имя
Телефон
Емейл
О вас
Какой тип участия интересен?
Другой тип участия
образовательный цикл для стартапов и предпринимателей "биология поведения человека"
«Мы имеем 50% сходства между ДНК родных братьев и 98% - между ДНК человека и шимпанзе, но в этом нет никакого противоречия»
Профессор биологии Стэнфордского университета Роберт Сапольски продолжает критиковать сторонников теории прерывистого равновесия, при этом объясняя основы генетики.
Это экспериментальная публикация одного из конспектов курса лекций Роберта Сапольского о биологии поведения человека. Хотим рассказать стартапам, предпринимателям, бизнесменам, маркетологам и другим о том, как думает человек, чем руководствуется и почему поступает так или иначе. Каждая лекция, а всего их 20+, это около двух часов просмотра. Конспект же помогает получить важное за 5-10 минут чтения.

Станьте спонсором публикаций, поддержите инициативу!
Ищем науч. сотрудников факультетов биологии для рецензирования
Напишите Юрию, чтобы обсудить детали.

Инициатор: школа стартапов RUSSOL
Проверка: Юрий Ярцев
Редактура: Анна Глот
Контент-менеджмент: аноним


О генах как информации

Рассмотрим гены, только в данном случае гены не как структуры, которые мы стремимся передать при размножении, а гены как информация, гены как цепочки ДНК. Самое главное для нас в этой теме – роль белков. Это важный структурный компонент при формировании клетки. У белков множество функций. Белки сохраняют форму клеток, белки образуют мессенджеры, гормоны, нейромедиаторы, белки - это ферменты. Как белки кодируются? Белки складываются из отдельных элементов – аминокислот. Их в природе существует около 20 разных, и каждая кодируется уникальной последовательностью ДНК из трёх нуклеотидов.

Цепочка из последовательностей ДНК кодирует последовательность аминокислот, которые соединяются вместе, и получается белок. Гены на уровне последовательностей ДНК сначала кодируют промежуточную форму под названием РНК, а уже с неё считывается информация для создания белков.
Подписаться на рассылку конспектов
Роберта Сапольского
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности: мы будем отправлять вам письма с конспектами лекций школы, новостями школы, а также анонсами проводимых событий
О форме белка и ферментах

Именно форма белка определяет, с какими другими молекулами он может связываться. Они должны подойти друг другу по форме, чтобы взаимодействовать, как ключ и замок. Откуда берутся разные формы?

Аминокислоты принимают разное положение в зависимости от их отношений с водой (бывают гидрофильные и гидрофобные аминокислоты), а значит, форма, которую принимает вся цепочка аминокислот, зависит от их последовательности.

Одна из самых интересных функций белков - их роль как ферментов. Ферменты вызывают реакции, которые без них происходили бы крайне редко, или увеличивают скорость таких реакций (иногда в миллиарды раз). Они могут соединить то, что разъединено, или разорвать целое. Абсолютно все ферменты по своей природе белки. Белки стыкуются и передают информацию.

О центральной догме молекулярной биологии

Понятие центральной догмы сформулировал Фрэнсис Крик. Его подход был в том, что информация всегда передаётся от ДНК к РНК, а затем к белку. Таким образом, предполагалось, что всё начинается с ДНК. ДНК решает всё – это стало истиной для целого поколения. Но уже в семидесятых по центральной догме нанесли первый удар, когда открыли вирусы из РНК. Обычно вирусы – это, как правило, крупицы инородной ДНК, способные залезть в нашу ДНК, подчинить её процессы и заставить клетку работать уже в их паразитических интересах. Выяснилось, что есть категория ферментов, способных взять информацию из РНК и превратить её обратно в ДНК. Но до поры до времени такие вирусы считались лишь чем-то вроде примечания к центральной догме.

О трёх видах микромутаций

В рамках центральной догмы самым страшным событием должна быть ошибка в коде ДНК, микромутация. Представьте случай, когда в последовательности ДНК возникает ошибка в одном нуклеотиде (обозначим их буквами) в последовательности ДНК. На уровне ДНК аминокислота закодирована триплетами. В ходе мутации изменяется одна буква.

Может произойти случиться три разных вида ошибки. Точечная мутация - одна из букв (нуклеотидов) случайно меняется на другую. Если пара различных триплетов кодирует одну аминокислоту, различие между ними чаще всего в средней букве из трёх. Если меняется именно она – как правило, не меняется конечный результат. Если же мутируют крайние буквы, выходит другая аминокислота, но с похожими свойствами. Разница минимальная, форма белка будет чуть другая, но работать он будет примерно также. Однако бывают случаи, когда точечные мутации вызывают серьёзные заболевания.

Второй классический вид мутации, второй вариант возможной ошибки - это делеция. Одна из букв теряется и происходит смещение рамок в сторону пропуска, что полностью меняет идущий после неё код. Третий классический тип - так называемая инсерция. В этом случае буквы дублируются и рамки смещаются в другую сторону – также с серьёзными последствиями. У белка изменится форма, следовательно, изменится эффективность его работы. Возникает микроэволюционное изменение.

О последствиях микромутаций

Один из примеров опасной точечной мутации – фенилкетонурия. В организме человека есть аминокислота фенилаланин. Большое количество фенилаланина вредно для нейронов мозга. Если произошла мутация в гене, который кодирует фермент, необходимый для обезвреживания фенилаланина, последний накапливается и разрушает нервную систему организма.

Второй пример – синдром тестикулярной феминизации. Представьте, что у вас растёт здоровая дочь, но у неё нет менструации. Когда вы идёте с ней к врачу, чтобы выяснить причину задержки в развитии, врач после тщательного обследования предлагает вам присесть и сообщает, что у вас…на самом деле сын! Классическая мелкая мутация привела к изменению работы рецепторов тестостерона. Генетически ваш ребёнок мужчина, но с женским фенотипом и женскими гениталиями.

О градуализме и быстрой мутации одного гена

Микромутации объясняют классическую градуалистическую модель цепочки мелких изменений, когда один-единственный белок вдруг начинает работать иначе. Но если у какого-то индивида микромутации незначительно повышают способность к размножению, то в течение нескольких поколений даже небольшой перевес по числу копий генов приведёт к значительному результату.

Это позволяет, в частности, проследить историю эволюции, рассматривая изменения в одной паре оснований. Например, изучаем ген с множеством мутаций, большинство из которых нейтральны – это означает, что функция этого белка критична для организма, и её менять нельзя. Если же мы обнаружили непохожий ген, который имеет значительные различия с прежними версиями – это следствие мощного положительного отбора.

Как пример, ген FOXP2, связанный с речью или иной устной передачей информации. Он есть у многих видов в животном мире. Но у людей его версия значительно отличается, и это не случайность. Число изменений, всплеск мутаций этого гена у людей за последние четверть миллиона лет - это все признаки мощного положительного отбора. Учёные провели жутковатый эксперимент, заменив ген FOXP2 у подопытных мышей на человеческий. В результате ультразвуковая вокализация у этих животных стала сложнее.

О сходстве геномов человека и шимпанзе

Факт в том, что в среднем мы имеем 50% сходства между ДНК полных сибсов (родных братьев и сестёр) и 98% сходства между ДНК человека и шимпанзе. На самом деле в этом нет никакого противоречия. Гены задают общие признаки и черты. Если взять геномы человека и шимпанзе, оказывается, что 98% генов кодируют признаки одного типа. У человека, как и у шимпанзе, нет генов, дающих, например, крылья, плавники или рога, зато есть гены, которые формируют схожие иммунные системы. Для понимания – вопрос о генах звучит не как: «Есть ли у тебя с полным сибсом ген, дающий отстоящие большие пальцы?», а как: «Одинаковый ли у тебя с полным сибсом тип гена, дающего отстоящие большие пальцы?» Поэтому, говоря о процентах общей ДНК, об общих с другим видом генах, на самом деле говорят о типах генов, которыми кодируются типы признаков.

О теории прерывистого равновесия

В восьмидесятые Стивен Джей Гулд и Нильс Элдридж придумали новую модель, противоречащую идеям градуализма. Согласно их модели, которая получила название теории прерывистого равновесия, эволюция - это чередование долгих периодов постоянства (стазиса) и коротких бурных рывков, во время которых и происходят быстрые изменения. Во время стазиса изменения в ДНК организмов нейтральны и ни на что не влияют. Таким образом, согласно теории прерывистого равновесия, эволюционные изменения прыгают по ступеням, а не идут по пандусу градуализма.

Возможно, некоторую роль в появлении этой теории сыграл тот факт, что Гулд был палеонтологом. Если представлять эволюционную биологию через изучение окаменелостей, можно прийти к выводу о долгих периодах постоянства и коротких рывках развития. Такой подход вызвал резкую критику сторонников градуализма, поскольку, по их мнению, то, что Гулд назвал «быстрыми изменениями», на самом деле занимало миллионы лет. Указывали и на то, что Гулд, будучи сторонником марксизма, создал модель, которая отвергала конкуренцию и селективные преимущества.

О ДНК как конструкторе

При изучении структуры ДНК выяснилось, что отдельные гены разбиты на мелкие части. Между участками, кодирующими белки – огромные участки, никак с ним не связанные. Отрезки кода назвали экзонами, а промежуточные отрезки – интронами. Вскоре были также открыты элементы, которые собирали все части белка воедино – ферменты сплайсинга.

Затем стало ясно, что такая модульная структура гена – своеобразный конструктор. Допустим, ген закодирован тремя отдельными экзонами (условно) АВС. Но из этих АВС можно создать совсем иной белок, который состоит только из А и B, или из А и С, или из В и С, или только из А. Всего семь комбинаций, поскольку ген нельзя транскрибировать в обратном порядке. Из одного гена можно получить семь разных белков.

О «мусорной» ДНК

Следующим крупным открытием стало то, что гены в цепочке ДНК редко идут один за другим. Между ними - длинные отрезки ДНК, которые не кодируют белки. Среди биологов даже появился термин – «мусорная» ДНК. Но он потерял актуальность, когда стало известно, что 95% ДНК не кодирует белки. 95% не могут быть мусором или упаковкой для 5%.

Оказалось, что промежуточная некодирующая информация – это своего рода система переключателей, включающих и выключающих ген. Таким образом, ДНК – лишь инструкция для работы генов, которая подчиняется множеству разных факторов. Это открытие поставило под сомнение центральную догму Крика.

О факторах транскрипции и внешних регуляторах

Отрезки ДНК, которые кодируют не белки, а механизм включения и выключения генов, назвали промоторами и репрессорами. Молекулы, которые активируют переключатели, назвали факторами транскрипции, причём эти факторы могут активировать целые генетические сети. Таким образом, ДНК не знает, что она делает, ею управляют внешние регуляторы. Эти регуляторы могут находиться в пределах одной клетки, а могут – в совершенно других частях организма или даже за его пределами.

Пример, когда экспрессия гена в клетке регулируется средой в другой части тела – работа гормонов. Один из самых известных - тестостерон, который секретируется в яичках, разносится по всему телу и связывается с андрогенными рецепторами в мышцах. Примеры, когда регуляторы находятся вне организма, связаны в частности с обонянием. Организм лабораторной крысы начинает выделять окситоцин, если она учует запах своих детёнышей.

Вещество, которое служит стабилизирующей оболочной хрупкой ДНК и при этом раскрывается, пропуская через себя факторы транскрипции, называется хроматин. Существует огромное количество условий, которые его регулируют и перестраивают. При некоторых вариантах, например, определенном влиянии среды, можно изменить структуру хроматина вокруг одногогена так, что его будет проще или сложнее транскрибировать, и сделать это изменение постоянным. Биологи называют это «выключением гена». Возможности доступа к последовательностям ДНК изучает наука эпигенетика, а это, как мы видим, огромное количество уровней регуляции.

Молекулярная генетика, часть I.

Микромутации – какие виды бывают, и чем опасны эти невидимые поначалу изменения? Почему последовательность ДНК – это своеобразный конструктор? Что произошло с «мусорной» ДНК? И какие внешние регуляторы управляют закодированной в ней информацией? Профессор биологии Стэнфордского университета Роберт Сапольски объясняет основы генетики.


Подписаться на рассылку конспектов
Роберта Сапольского
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности: мы будем отправлять вам письма с конспектами лекций школы, новостями школы, а также анонсами проводимых событий
Made on
Tilda