Молекулна вариация

Ще обсъдим молекулярната вариация в клетките. Вероятно ти е позната идеята, че имаш вариация (изменчивост) на генетичния състав на една популация. Но дори в един организъм имаш вариация във вида молекули, които един организъм може да произведе и кога ги произвежда. Например, знаем, че всички имаме ДНК, всички живи организми, които познаваме, имат ДНК. Ще нарисувам бързо молекулата на ДНК. Знаем, че имаме гени в ДНК, които кодират всичко – преминават от ДНК в информационна РНК, а после отиват в рибозомите, за да бъдат транслирани до съответните протеини. И тези протеини са основният начин за експресиране на това, което е кодирано в нашата ДНК. Оказва се, че ДНК кодира не само множество протеини, но множество видове от един и същи протеин и може да произвежда някои от тези протеини повече в определени ситуации, а други протеини повече в други ситуации, въз основа на фактори от околната среда. Тези фактори от околната среда може да повлияят на това коя част от ДНК се транскрибирана в иРНК, която после бива транслирана в протеини в различни моменти. Има няколко много интересни примери за това. Оказва се, че хемоглобинът, за който вероятно знаеш, че е протеиновия комплекс, който се свързва с кислород в червените ни кръвни клетки, преобладаващият вид хемоглобин се променя от времето, когато сме в утробите на майките си, до когато станем независими същества. Това тук е картинка на молекула хемоглобин. Виждаш четири групи хем, всяка от които се свързва с два кислорода, и когато си зародиш, преобладава хемоглобинът от вида F, а когато излезем от утробата на майка си, хемоглобин F спира да се произвежда и преминаваме към хемоглобин А. Може да се запиташ защо имаме вариация във вида хемоглобин. И отговорът е, че това са две различни среди. Когато един зародиш е в утробата на майка си, той не диша директно. Той получава кислород от кръвта на майката. Кръвта на майката не се смесва директно с кръвта на бебето, но има граница, при която имаш кръвта на майката тук, а после да кажем, че това тук е кръвта на бебето, и имаш обмен на газове, като кислородът преминава през тази граница, а после, разбира се, се освобождава въглероден диоксид, който отива наобратно. И тази среда, в която червените кръвни клетки на бебето трябва да свържат кислорода, е сравнително бедна на кислород среда в сравнение с, да кажем, белите ни дробове, понеже има наситена и ненаситена с кислород кръв, които се смесват на едно и също място и няма директен достъп до, да кажем, белите дробове. И в тази ниска на кислород среда молекулите хемоглобин трябва да са много, много, много добри в свързването на кислород. И можем да видим това от тази диаграма тук, където хоризонталната ос е парциалното налягане на кислорода, а вертикалната ос е колко наситени с кислород могат да станат тези различни молекули хемоглобин. И можеш да видиш, че феталният хемоглобин, който е изобразен като тази синя крива, става 50% наситен при по-ниско парциално налягане на кислорода в сравнение с хемоглобина на възрастните. Един начин да си го представим, е, че е по-лепкав, свързва се с този кислород. Може да извлече кислород от кръвта много по-добре, което е логично за средата, в която е зародишът. Но след като той излезе от утробата на майка си, няма нужда от тази лепкавост и има няколко недостатъка на тази лепкавост, понеже това прави по-трудно кислородът да достигне до толкова много телесни тъкани. Затова имаме това преминаване от хемоглобин F към хемоглобин А. Виждаме тази молекулна вариация не само при хемоглобина. Растенията и други организми, които осъществяват фотосинтеза, съдържат най-различни видове хлорофил. Спомни си, хлорофилът има много важна роля за улавянето на светлинна енергия, която после може да се използва за синтезирането на въглехидрати от организми като растенията. И тук виждаме как две различни молекули хлорофил, и двете от които се срещат при растенията, колко добре абсорбират светлина с различни вълнови честоти. Можеш да видиш, че хлорофил а е много добър при абсорбирането във виолетовата част от спектъра на синята светлина, докато хлорофил b е по-добър в синьо-зелената част от спектъра на светлината. И после имаш друг пик тук, където хлорофил b е по-добър при абсорбирането на оранжево-чевено, докато хлорофил а е по-добър при абсорбирането, може да се каже, в червената гранична област на спектъра на инфрачервената светлина. И причината да е ценно това, е, че светлината, която получава растението, особено в различните части от деня, в различни сезони на годината, има различни дължини на вълните и това позволява на растението да улови повече енергия, която може да използва при фотосинтезата. И това бяха само два примера за молекулна вариация. В клетъчните ни мембрани има множество видове фосфолипиди, които образуват фосфолипидния бислой, и тези множество видове имат различни нива на това колко течни са при различни температури. Има проучвания с животни, които показват, че тези вариации се променят в зависимост от условията. Например едно студенокръвно животно може да има повече от течните фосфолипиди, когато е много студено, така че мембраните да не станат прекомерно твърди. Но ще спра тук. Исках само да добиеш представа, че имаме всякакви видове молекулни вариации в клетките на един организъм и това позволява на организмите да се приспособяват по-добре към средата си или различните етапи на развитието си.