Биология поведения человека, Роберт Сапольски, лекция 4
Вступление от автора
Наш организм состоит из белков: ферменты, гормоны, мышечные волокна, антитела — это всё белки. 20 аминокислот даёт огромное многообразие белков, которым мы располагаем, то есть, в составе всех миллионов белков организмов, всего 20 аминокислот, которые варьируют по количеству и последовательности. Последовательность аминокислот важна — фенилаланин+глутамин+тирозин — это не тот же самый белок, что глутамин+тирозин+фенилаланин. Последовательность аминокислот определяет форму белка. Форма белка определяет его функцию: гемоглобин способен переносить кислород благодаря своей форме, вещество взаимодействует с рецептором, потому что они подходят друг к другу как ключ к замку.
В ДНК белки зашифрованы в виде последовательностей нуклеотидов (второе название — азотистые основания). Нуклеотиды — это такие органические соединения: аденин, гуанин, цитозин и тимин (для ДНК). Есть ещё РНК, это немного другая история, про неё нужно знать то, что вместо тимина в РНК урацил — другое азотистое основание. Аминокислоты кодируются последовательностью трёх нуклеотидов, например, цитозин + цитозин + аденин (CCA) соответствует аминокислоте Пролину.
Если взять четыре нуклеотида и собрать все комбинации по три, получится 64 комбинации — 64 триплета. 61 триплет кодирует аминокислоты — они кодируются с избытком — каким-то аминокислотам соответствует 1 триплет, каким-то 2–3–4. Ещё 3 триплета — это стоп-кодоны, которые говорят о том, что пора прекращать копировать ДНК.
Так вот, когда клетки делятся, нужно скопировать ДНК, то есть, последовательность нуклеотидов, то есть, передать другой клетке или новому организму последовательность аминокислот прежнего организма, а с нею — и информацию о всех белках.
Цепочка ДНК двойная, в ней нуклеотиды одной цепочки соединены с соответствующими нуклеотидами другой. Причём они могут соединяться только комплементарно — аденин соединяется с тимином (А-Т), а гуанин — с цитозином (Г-Ц). Когда ДНК копируется, специальный фермент разделяет её на две цепочки, и к этим двум цепочкам комплементарно достраиваются пары. Получается две новых ДНК.
Есть ещё транскрипция — процесс переноса информации с ДНК на РНК. Если грубо, то РНК — это та же ДНК, но находится в клетке, а не ядре, и у неё только одна цепочка. ДНК — хранилище информации, а РНК — переносчик информации от ДНК к клетке. На РНК копируется какая-то часть ДНК, и по этой информации клетка понимает, как надо работать.
Во время копирования ДНК и происходят мутации. Мутации — это ошибка, которая возникает при копировании последовательности нуклеотидов. Например, был у нас CCA-AAA-CGA, но что-то пошло не так, копирование остановилось раньше, чем планировалось, и получается CC-AAA-ACG, ну или вдруг вместо одного нуклеотида вставился другой. Дальше — от типах мутаций и их последствиях из лекции Роберта Сапольски.
Типы мутаций
Микромутация
Микромутация — мутация в одном триплете, меняет функцию одного белка.
1) Точечная мутация. Одна буква случайно меняется на другую. Они могут не иметь последствий, поскольку аминокислоты могут кодироваться несколькими триплетами. Например, был триплет GCA, а стал GCG, оба триплета кодируют аминокислоту аланин.
Если всё-таки выходит другая аминоксилота, может не быть сильных последствий, потому что как могут быть похожи по отношению к воде, а, значит, и форма белка будет похожа на нужную). В таком случае белок будет работать чуть менее качественно, потому что форма изменена незначительно.
Если же в результате мутации получилась совсем другая аминокислота, не похожая по свойствам на нужную, то изменения в структуре белка будут значительными. О последствиях чуть позже.
2) Делеция — одна буква теряется у предыдущей комбинации и примыкает к следующей. Такая мутация полностью меняет последующий код.
3) Инсерция — одна буква дублируется, весь последующий код меняется.
Точечные мутации не имеют последствий или приводят к снижению качества работы белка. Инсерции или делеции совсем меняют форму белка, аннулирует его функцию.
Случаи, когда микромутации аннулируют функцию белка, играют важную роль в эволюции.
Последствия точечных мутаций
Фенилкетонурия
В нашем организме есть вещество — фенилаланин. Оно нужное, но в больших количествах повреждает клетки мозга. Поэтому есть фермент, который перерабатывает его во что-то полезное. И есть ген, который кодирует этот фермент.
Точечная мутация меняет структуру фермента, и тот перестаёт работать, в результате фенилаланин накапливается и разрушает нервную систему. Это заболевание называется фенилкетонурией. (Строгая диета с рождения до полового созревания или пожизненная позволяют избежать патологических последствий — прим. ред.).
По правилам эволюции, репродуктивный успех человека с фенилкетонурией близок к нулю — фенилаланин начинает разрушать нервную систему с самого рождения (но вмешалась медицина — прим. ред.).
Синдром тестикулярной феминизации
Рождается девочка, у неё всё хорошо, но в возрасте, когда обычно начинается половое созревание, оно всё задерживается и задерживается. Потом при обследовании обнаруживается, что это мальчик. Яички сформированы, но они феминизированы — не опустились. Генетически это мальчик, но фенотипически (внешне) — девочка. При этом яички вырабатывают тестостерон, но белки-рецепторы тестостерона изменили свою форму в результате точечной мутации и теперь не чувствительны к нему.
И снова в эволюции такая особь не способна дать потомство.
Тревожность
Есть множество причин, почему у людей различается уровень тревожности. Но один важный фактор — форма рецептора бензодиазепинов — химического вещества, которое снижает тревожность. Бывают различия, мелкие, точечные в участках ДНК, задающих бензодиазепиновый рецептор. Это не мутации, а вариации, от которых форма рецептора меняется, меняется его восприимчивость к бензодиазепинам, меняется уровень тревожности человека.
И это — важный фактор эволюции — индивидуальные различия.
Если есть в гене мутация, которая на 0,5% повышает фертильность особи, то очень скоро этот ген станет очень распространённым в популяции. Так накапливаются изменения, и это сочетается с идеей градуализма — постепенными изменениями в эволюции.
В 80-е годы появились противники градуализма — Стивен Джей Гулд и Нильс Олдридж, которые говорили, что нет никакого градуализма. Они утвердили идею прерывистого равновесия — мол, сначала долго ничего не происходит, а потом происходит резкое изменение, а постепенных изменений не бывает. Но Гулд был палеонтологом и геологом. И против его взглядов есть два веских аргумента:
— палеонтологи изучают окаменелости, окаменелости не отражают многих изменений: поведения, строения внутренних органов, — например, по ним нельзя увидеть, что в сердце появилась ещё одна камера;
— палеонтологи работают по разным шкалам — то, что для палеонтолога быстро — это десятки и сотни тысяч лет, а у эволюционных биологов счёт идёт на поколения.
Кроме того, прерывистое равновесие невозможно доказать с помощью молекулярной генетики — покажите механизм, который даст быстрое изменение.
ДНК и работа организма
Крупные открытия в области ДНК:
- Модульность ДНК. Один ген может кодировать не один белок, как считалось ранее. Всё зависит от того, как работают ферменты сплайсинга — ферменты, «нарезающие ДНК» на куски при её транскрипции.
- 95% ДНК — это не гены, это инструкция, как включать и выключать гены в зависимости окружающих факторов. Вот у нас ген, и он может транскрибироваться при этом условии, а может при этом.
Получается, что на процесс транскрипции влияют не только гены и информация, которая в них зашифрована. На процесс транскрипции может повлиять какое-то вещество, которое подскажет, какие гены включить, а какие нет. Так работают гормоны, большинство из них белки. А бывает, что на транскрипцию белков влияют фактор снаружи организма, например, какой-нибудь сенсорный раздражитель.
Ещё один фактор, который влияет на работу информации, зашифрованной ДНК в клетке — хроматин — вещество, которым окружена ДНК. Хроматин может раскрываться или закрываться, давать доступ фактору транскрипции или нет. То есть, в ядро клетки, к ДНК, может попасть какое-то вещество, которое должно запустить транскрипцию, а хроматин может его пропустить или не пропустить. Хроматин может закрыться и больше никогда не дать доступа к какому-то гену, ген уже никогда не будет работать. В детстве много моментов, которые могут на это повлиять. Например, то, как крыса ухаживает за своими детёнышами, влияет на поведение хроматина, окружающего гены, связанные со стрессом. В зависимости от ухода матери особь в будущем будет по-разному реагировать на стрессовые ситуации.
Посмотреть лекцию в русской озвучке Верта Дайдера можно тут: https://youtu.be/RvWv9Rh_34E
