Warum enthält eine Zelle die gesamte DNA, wenn sie nur wenige Gene benötigt?

Warum enthält eine Zelle die gesamte DNA, wenn sie nur wenige Gene benötigt?

Ich interpretiere diese Frage so: "Warum enthält jede Zelle das gesamte menschliche Genom, obwohl sie es nicht vollständig nutzt, dh warum enthält eine Leberzelle die Gene für die Augenfarbe?"

Wenn Sie das gemeint haben, können wir die erste Frage in Ihrem eigentlichen Text leicht beantworten:

Nennen sie das Schrott?

Nein , das ist nicht das, was "Junk-DNA" genannt wird. "Junk-DNA" kann sich auf viele Konzepte beziehen, aber im Allgemeinen bezieht es sich auf Teile der DNA, die im Körper keine Funktion erfüllen: Sie werden nicht in Proteine ​​​​umgeschrieben, sie dienen nicht dazu, andere Gene zu regulieren, und wenn Sie sie entfernen oder ändern deren Reihenfolge dies keine Auswirkung auf den Gesamtorganismus hat. Das heißt, es bezieht sich auf Teile der DNA, die nirgendwo im Körper verwendet werden , nicht auf Teile, die an einem Ort, aber nicht an anderen verwendet werden.

Wie viel DNA „Müll“ ist, wie nutzlos sie tatsächlich ist und warum wir sie haben, sind komplexe Fragen, auf die nicht alle Antworten bekannt sind, aber sie sind völlig anders als Ihre Schlagzeilenfrage.

Ich habe nicht die Zeit, eine detaillierte Antwort auf Ihre erste Frage nachzuschlagen, also überlasse ich das anderen, aber hier sind einige Elemente, die hilfreich sein könnten:

1) Ich denke, dass Zellen mehr Gene verwenden, als Sie denken. Ich kenne nicht den Anteil der Gene, die für die Zelle verwendet werden, um als Zelle zu leben, im Vergleich zu denen, die für die spezifischen Aufgaben verwendet werden, die diese Zelle über die Erhaltung und Fortpflanzung hinaus erledigen muss, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass es keine Zelle gibt im Körper, der "nur wenige Gene braucht". Ich würde sogar vermuten, dass alle Zellen im Körper die meisten der Gene, die sie enthalten, verwenden.

2) nicht alle Zellen enthalten eine unveränderte Kopie des gesamten Genoms. Einige Zellen verlieren ihren Kern, dh ihre DNA vollständig (rote Blutkörperchen); andere vermehren einige Gene, die sie viel verwenden.

3) Nachdem ich das alles gesagt habe, würde ich vermuten, dass Leberzellen die Gene für die Augenfarbe tatsächlich nicht brauchen, aber sie könnten sie haben. Bedenken Sie, dass Zellen sich reproduzieren, indem sie sich selbst kopieren und ihr gesamtes Genom kopieren. Ist es eher eine Verschwendung, die Kopie so zu lassen, wie sie ist, oder vor oder nach dem Kopieren alle Bits auszuschneiden, die diese bestimmte Zelle nicht verwendet? Muss ich den Code meines Texteditors bearbeiten und neu kompilieren, um alle Funktionalitäten loszuwerden, die ich nicht verwende? Ich könnte etwas Platz auf meiner Festplatte sparen, aber es ist ganz offensichtlich auch meine Zeit nicht wert, das zu tun. Wenn die zusätzliche DNA nicht genug Schaden anrichtet, gibt es keinen Grund, sie zu entfernen; in der Tat wäre es verschwenderisch, dies zu tun.

1. Ob es Junk-DNA gibt

Die allgemeine Ansicht eines Gens ist eine DNA-Sequenz, die bei der Transkription, von der ich annehme, dass es sich um einen Prozess handelt, bei dem DNA von einer RNA-Polymerase gelesen wird, um mRNA zu produzieren, und bei der Translation ein funktionelles Protein zur Regulierung des Zellstoffwechsels produziert (Summe aller chemischen Reaktionen in einer Zelle). Erst als die Disziplin der Epigenetik aufkam, entdeckten wir, dass die meisten anderen nicht-proteinkodierenden Sequenzen wichtige regulatorische Funktionen auf den proteinkodierenden Sequenzen haben. Ohne sie hat die Zelle einfach keine Ahnung, wann sie von einem Protein mehr und wann weniger produzieren sollte oder ob das Protein überhaupt produziert werden sollte. Und natürlich kodiert DNA auch Informationen über rRNA, die ein integraler Bestandteil des Ribosoms ist, von dem Sie wissen, dass es für die Proteinsynthese unerlässlich ist. Daher,

Dann lassen Sie uns argumentieren, dass diese kleinen Teile der DNA, die wirklich keine Funktionen erfüllen, die Junk-DNA sind. Tatsächlich ist selbst diese Ansicht unhaltbar, da die „funktionslose“ DNA zwischen den wichtigen Sequenzen liegen kann, die die chemischen Eigenschaften der Proteininteraktionen während eines wichtigen biochemischen Prozesses auf subtile Weise beeinflussen können. Betrachten Sie insbesondere NtrC, einen bakteriellen Transkriptionsregulator, der die Transkription durch direkten Kontakt mit der RNA-Polymerase aktiviert. Beachten Sie, dass die regulatorische Sequenz (der Teil der DNA, an den das Protein bindet) sehr weit vom Promotor des Gens entfernt ist (der Teil des Gens, an den die RNA-Polymerase bindet). Um es direkt zu kontaktieren, muss eine DNA-Schleife auftreten. Es ist ein Phänomen, bei dem ein ansonsten lineares DNA-Makromolekül herausgeschleift wird (stellen Sie sich vor, Sie biegen einen Draht so, dass sich zwei äußerste Enden des Drahts berühren), um die Kontakte zwischen Molekülen zu ermöglichen. Da das Protein solche biochemischen Eigenschaften hat, die es ihm ermöglichen, mit einem anderen Protein in einer Entfernung in Kontakt zu treten, wissen wir nicht, was passieren wird, wenn die „Junk-DNA“, die DNA, die den Promotor und die regulatorische Sequenz entfernt, entfernt wird. Es ist gut möglich, dass die beiden Proteine ​​keinen Kontakt mehr herstellen. Und DNA-Looping findet sich auch allgegenwärtig bei der Transkriptionsregulation von Eukaryoten. Es ist gut möglich, dass die beiden Proteine ​​keinen Kontakt mehr herstellen. Und DNA-Looping findet sich auch allgegenwärtig bei der Transkriptionsregulation von Eukaryoten. Es ist gut möglich, dass die beiden Proteine ​​keinen Kontakt mehr herstellen. Und DNA-Looping findet sich auch allgegenwärtig bei der Transkriptionsregulation von Eukaryoten.

2. Warum eine Zelle die gesamte DNA enthalten muss, wenn sie nur wenige Gene benötigt, um zu funktionieren

Sobald sich herausstellt, dass der Begriff Junk-DNA schwer fassbar ist. Die Prämissen dieser Frage gelten nicht mehr. Aber nehmen wir an, es gibt wirklich Gene, die, wenn sie gelöscht werden, keine beobachtbaren Auswirkungen auf die Phänotypen der Zellen oder ihre Gesundheit haben, warum löscht die Natur sie nicht während der Differenzierung von Stammzellen? Um es mit evolutionären Begriffen zu erklären, gibt es zwei Hauptmechanismen, die die Natur entwerfen kann, um die „funktionslosen“ Gene während der Differenzierung von Stammzellen in Schach zu halten. Eine besteht darin, sie zum Schweigen zu bringen, indem man sie in eine kompakte Nukleosomenstruktur einwickelt, oder sie ein für alle Mal zu löschen. Wir wissen nicht, ob die Natur einmal mit dem Löschen experimentiert hat, wenn ja, dann muss dieses Design weniger Fitness als das Verpackungsmodell verliehen haben. Welche Gründe können wir also über das Scheitern des Löschmodells vermuten? Um die nutzlosen Sequenzen zu löschen, Es gibt weitreichende Auswirkungen auf die Länge der DNA, die resultierende Sekundärstruktur (Topologie des Chromatins). Und ein Protein muss so konstruiert sein, dass es spezifisch erkennt, welche Gene gelöscht werden müssen, zusammen mit der Zusammenarbeit von Nukleasen. Dies ist analog zum Schreiben eines Computercodes, der Informationen enthält, die einige der zu löschenden Codes angeben, ohne die Anweisungen des folgenden Codes zu beeinflussen, während der Prozess konsistent ist. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. die resultierende Sekundärstruktur (Topologie des Chromatins). Und ein Protein muss so konstruiert sein, dass es spezifisch erkennt, welche Gene gelöscht werden müssen, zusammen mit der Zusammenarbeit von Nukleasen. Dies ist analog zum Schreiben eines Computercodes, der Informationen enthält, die einige der zu löschenden Codes angeben, ohne die Anweisungen des folgenden Codes zu beeinflussen, während der Prozess konsistent ist. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. die resultierende Sekundärstruktur (Topologie des Chromatins). Und ein Protein muss so konzipiert sein, dass es spezifisch erkennt, welche Gene gelöscht werden müssen, zusammen mit der Zusammenarbeit von Nukleasen. Dies ist analog zum Schreiben eines Computercodes, der Informationen enthält, die einige der zu löschenden Codes angeben, ohne die Anweisungen des folgenden Codes zu beeinflussen, während der Prozess konsistent ist. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. zusammen mit der Zusammenarbeit von Nukleasen. Dies ist analog zum Schreiben eines Computercodes, der Informationen enthält, die einige der zu löschenden Codes angeben, ohne die Anweisungen des folgenden Codes zu beeinflussen, während der Prozess konsistent ist. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. zusammen mit der Zusammenarbeit von Nukleasen. Dies ist analog zum Schreiben eines Computercodes, der Informationen enthält, die einige der zu löschenden Codes angeben, ohne die Anweisungen des folgenden Codes zu beeinflussen, während der Prozess konsistent ist. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. und dabei konsequent bleiben. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen. und dabei konsequent bleiben. Dies ist logischerweise möglich, und wir können niemals sagen, dass dieses Design vollständig verboten ist. Aber rechnerisch ist dies keine so elegante Lösung wie nur Gene in der DNA, die für ein Repressorprotein für den „nutzlosen“ Code codieren, wenn der richtige Zeitpunkt gekommen ist, oder indem einfach Proteine ​​verwendet werden, um die Sequenzen zu umhüllen, um sie unlesbar zu machen.

3. Ob „nicht funktionsfähige“ DNA eine Verschwendung darstellt

Gar nicht.