Рубрика "НаучЛикбез" #1. Пилотный выпуск. ДНК 101. Как это работает?
Ни для кого не секрет, что все мы с вами состоим из клеток - элементарных живых структурных единиц нашего организма. Каждая клетка нашего тела может выполнять определенные функции. К примеру мышечные клетки заставляют сокращаться наши мышцы, клетки поджелудочной железы выделяют инсулин, который позволяет нам усваивать глюкозу, а клетки мозга обрабатывают информацию, генерируют мысли, дают нам сознание и в конечном счете делают нас теми, кто мы есть. Но задумывались ли вы, что заставляет каждую клетку организма выполнять конкретную функцию? Все дело в молекуле ДНК. Она несет информацию, которая реализует потенциал наших клеток через построение и регуляцию белков. Каждая клетка человеческого организма имеет внутри себя ядро - своего рода закрытая библиотека ("геном"), в которой хранятся книги ("гены"), позволяющие организму строить себя по рецептам ("генетической информации"), написанным в этих книгах. Какова структура ДНК? ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, довольно сложное название, требующее некоторых познаний в химии. Однако в этом посте мы не будем углубляться в нее, для начала рассмотрим базовые логические принципы построения. ДНК - не что иное, как белковая молекула, которая выглядит как двойная спираль, схематически она выглядит так:
Это две "ости", "хребта" свернутые спиралью друг вокруг друга из-за разности притяжения молекул , если их развернуть, то мы увидим, что каждая из "остей" носит на себе последовательно закрепленные базовые единицы информации - "нуклеотиды", своеобразный алфавит, который используется в "книгах рецептов". Нуклеотид это органическое химическое соединение, всего их существует четыре разновидности в ДНК:
- аденин
- гуанин
-цитозин
-тимин У них есть свойство "комплементарности". Это как в паззлах, каждый кусочек паззла должен найти такой, с которым может соединиться. Таким же образом работают и нуклеотиды, образование связи возможно только между Аденином и Тимином, либо Гуанином и Цитозином. Таким образом мы видим 4 варианта:
| А<->Т|
|Т<->А|
|Г<->Ц|
|Ц<->Г|
Почему же это именно ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ? все дело в сохранности информации в архитектуре «нуклеотидных пар», в процессе эволюции одноцепочечная молекула РНК (рибонуклеиновая кислота) превратилась в двухцепочечную, это позволило информации сохраняться гораздо дольше и стабильнее, нежели РНК, к тому же восстанавливаться в случае потери на какой-либо из сторон-"остей", потому что на второй стороне каждый кодон работает как «резервная копия», использующая ту же аминокислоту. Вы спросите: но как все это относится к информации, генетике и построению организма? Все дело в том, что в природе существует всего 20 основных молекул-кирпичиков , на основе которых строятся белки в организме, и эти кирпичики называются аминокислотами. Каждая аминокислота кодируется тремя буквами из этого нуклеотидного алфавита («кодоном»), а цепочка из соединенных друг с другом аминокислот уже образует определенный белок. В ядре клетки работают специальные молекулярные "роботы", которые проходят вдоль ости цепи днк, по определенным участкам-«генам» и тем самым собирают по заданному рецепту сначала РНК, а затем уже по ней строят белок, соединяя «прилетающие» к нему аминокислоты. Эдакий стул из "ИКЕЯ", у вас есть набор из деталек, есть инструкция, вы читаете инструкцию, как эти детали собрать вместе и принимаетесь за сбор конструктора из деталей. В зависимости от того, какие аминокислоты и в каком порядке они будут соединены друг с другом, мы получаем разные белки - геометрические пространственные структуры, которые могут благодаря «конформации» (свертывания в конкретную форму) выполнять конкретные функции.
примерно так выглядит белок
Белки состоят из большого количества аминокислот, и принимают в процессе построения определенную форму (опять-таки благодаря физике притяжения молекул друг к другу), дающую ему возможность функционировать каким-либо образом. К примеру, в зависимости от формы белок может: переносить кислород, уничтожать бактерии, пропускать ионы в клетку, воспринимать фотоны (световую информацию через глаза) и так далее… Теперь немного о цифрах. Заглянем в клетку: наша молекулярная библиотека состоит из 23 пар хромосом, каждая представляет собой свернутые, упакованные днк. Есть взять все молекулы днк в ядре клетки, то вся информация будет содержаться на 3,2 миллиардах пар нуклеотидов, около 20-25 тысячах генов-«рецептов». Однако крайне любопытен тот факт, что лишь 1.5-2% из этого числа генов действительно что-то строят (кодируют белки) и помогают регуляции клеток. И где-то 98% это некий загадочный балласт, обитающий в геноме: остатки метрвых вирусов, когда-то поселившихся в геноме, прыгающие гены (бегают с одного участка днк на другой) и прочая нечисть, занимающаяся «своими делами». Однако мы еще точно не знаем, действительно ли эти 98% бесполезны или все-таки могут косвенно участвовать в выполнении каких-то полезных для организма функций, это еще предстоит выяснить. Вернемся к изначально поставленному вопросу: почему одни клетки выполняют одну функцию, а другие иную? Как оказалось, все клетки могут выполнять любые функции (имеют в себе универсальную библиотеку, так называемые стволовые), однако со временем (процесс созревания плода и роста в дальнейшем) они дифференцируются. Для конкретных клеток большая часть генов замолкают (их просто затыкают специальными молекулярными «заглушками»), остается лишь малая часть, выполняющая конкретную функцию. Насколько же сложен и невероятно интересен живой организм!
***
Подписывайтесь, ставьте голос , если вам понравилась данная статья, всем спасибо за внимание! ,