8. Tieto muuttuu rakenteeksi

Solun tumassa olevasta DNA:sta on kopioitu RNA. RNA on viety ribosomi nimiseen tehtaaseen (käyty läpi edellisessä blogissa: Kommunikointi vaatii sopimuksen). Nyt alkaa proteiinin valmistus. Tässä ihmeellisessä tapahtumassa tieto muutetaan rakenteeksi, koneeksi, joka oikeasti toimii.

Se mikä proteiini valmistetaan, riippuu siitä mistä kohtaa DNA:ta ohje kopioitiin.

Kun tietokone tallentaa kaiken tiedon nollilla ja ykkösillä, niin DNA tallentaa tiedon A, T, C, tai G molekyylillä. Näiden molekyylien käsittely ei tapahdu sähköllä eikä suoraan kemiallisesti, vaan molekyylimekaniikalla. Tätä mekaniikkaa hoitaa proteiinikoneet. Virallisesti proteiinit tai entsyymit, mutta kone nimitys on hyvin kuvaava.

Tietokoneessa yhden suomenkielen aakkosen tallentamiseen menee kahdeksan nollaa tai ykköstä. Esimerkiksi "A"-kirjain on 01000001 tietokoneen muistissa. DNA:ssa niitä neljää merkkiä luetaan kolmen erissä ja koska jokaiseen paikkaan on neljä vaihtoehto voidaan kolmella merkillä kertoa 4*4*4 = 64 eri vaihtoehtoa. Näitä eri vaihtoehtoja käytetään proteiinien rakentamisessa niin, että jokainen kolmen merkin sarja (codon), esimerkiksi CCG tarkoittaa jotain aminohappoa. Aminohappo taas on proteiinikoneen rakennuspalikka eli koneen osa, ikään kuin levy, ruuvi tai mutteri.

Erilaisia aminohappoja maailmassa on paljon, mutta elämä käyttää vain tiettyjä 20:tä. Lisäksi aminohappoja on sekä vasen- että oikeakätisiä niiden avaruudellisen muodon mukaan, mutta elämä käyttää aina vain vasenkätisiä. Laboratoriossa aminohappoja valmistettaessa tulee yleensä molempia kätisyyksiä yhtä paljon. Kysymys pohdittavaksi: Miten siis elämä käyttää vain vasenkätisiä? (Ei siis ainakaan sattumalta.)

Edellisessä blogissa kävin läpi sen miten RNA luettiin DNA:sta ja lähetettiin eteenpäin. Kun RNA saapuu tehtaaseen, aminohapot tulevat omilla "kuljettimillaan". 

Jokaisella aminohapolla on omanlaisensa kuljetin, jolla on erilainen tunnistuspää. Se on vastinpari RNA:ssa olevalle kolmen puolan pätkälle (codon). Tästä tehdas (ribosomi) tietää laittaa aminohappoja DNA:n tarkoittamassa järjestyksessä peräkkäin.

Tehtaasta tulee ulos ikään kuin helminauha, jossa erilaiset aminohapot seuraavat toisiaan. Tämä helminauha viedään toiseen tehtaaseen, joka laskostaa siitä oikean muotoisen koneen (proteiinin).

Kun aminohappoketjuja tehdään satunnaisesti, tulee niistä lähes aina vain toimimattomia myttyjä. Kun niitä tehdään solussa DNA:n ohjeen mukaan, ne todella toimivat. Vaihtoehtoja erilaisten ketjujen rakentamiseen satunnaisesti on loputtomasti*, vain hyvin harvat, tähtitieteellisen harvat, muodostavat kolmiulotteisen toimivan rakenteen. Mistä DNA sai juuri toimivat rakennusohjeet itseensä monista mahdollisuuksista?

*) Koska Aminohappoja on 20 ja niitä voi olla peräkkäin jopa yli 1000 niin erilaisia vaihtoehtoja on sellainen luku, kun kerrot 20 itsensä kanssa 1000 kertaa peräkkäin: 20 x 20 x 20 x 20 x … Liian iso kotitietokoneellakin laskettavaksi. Luvussa on yli tuhat nollaa.

Koska vaihtoehtoja on näin paljon, sokeasti arvaamalla ja kokeilemalla toimiiko proteiini, ei pysty edes yhtä toimivaa proteiinia rakentamaan useissakaan miljardeissa vuosissa, puhumattakaan niistä sadoista proteiineista, joita yksinkertaisinkin elämänmuoto tarvitsee. 

Alla olevat kuvat pyrkivät kertomaan, mikä ero on sokealla arvauksella (mytty) ja tarkoituksenmukaisuudella (toimiva rakenne):

Tässä sama prosessi animaationa. Siitä näet hyvin, miten järjestelmällinen on koko tämä prosessi.

DNAtranscription and translation [HD animation]
Kun syvästi ymmärrät tämän prosessin, jossa tiedosta tulee rakenne, alat ymmärtämään myös biologista elämää uudella tasolla. Tasolla, jossa tiedosta tulee elämän perusta.