Дезоксирибонуклеиновая кислота
labjournalcom — 10.06.2012Знакомьтесь. Это ДНК.
С ДНК все очень просто.
Это типа главная молекула. Суть жизни состоит в том, чтобы скопировать и распространить свою ДНК. Тот, кто этим не занимается или по каким-то причинам занимается хуже других - или не живой, или скоро вымрет. Некоторые ученые даже считают, что мы сами, в смысле наши тела, души и все остальное, нужны только для того, чтобы обеспечить своей ДНК эффективное копирование (про эту прекрасную идею я еще напишу).
ДНК по сути - это огромный текст. Инструкция о том, что, как и при каких обстоятельствах клетке нужно делать. У клетки есть способы эту инструкцию читать. Клетка живет, что-то там делает, а потом, когда в инструкции написано "скопируй меня", она ее копирует и делится пополам. Каждой новой клетке достается по одной копии. За некоторыми исключениями, в каждой из триллионов наших клеток хранится одна и та же ДНК.
ДНК устроена гениально. В первой половине XX века люди поняли, что именно ДНК отвечает за наследственность и что именно в ней каким-то образом зашифровано огромное количество разных признаков. Но как в этом простом по составу веществе может содержаться столько информации, никто не понимал. И уж тем более никто не понимал, как происходит точное копирование этой информации и каким образом она проявляет себя в реальных признаках организма.
Когда же наконец в 1953 году структура ДНК была предложена, она оказалась потрясающе изящной. Самое прекрасное в этой структуре было то, что из нее очевидно вытекал возможный механизм копирования всей молекулы. Сейчас я попробую объяснить.
ДНК - это огромная молекула, цепочка, образованная последовательно соединенными маленькими молекулами. Маленькие молекулы называются "нуклеотиды", и их в ДНК всего четыре типа - А, Т, Г и Ц (аденин, тимин, гуанин и цитозин). Вот они:
Эти соединения все в обиходе называют буквами, буквами в огромном тексте ДНК они и являются. Приходишь иногда в лабораторию, а тебе говорят "Карен, это ты буквы на место не поставил?" И ты такой "Ой, простите, извините, сейчас-сейчас...".
Так вот, буквы соединяются в цепочку - цепочка получает название ДНК. Написанное на ДНКовом алфавите слово из четырех букв ("АТГЦ") выглядит как-то так:
Гениальное же в истории с ДНК началось с того момента, когда была предложена идея, что эта молекула состоит из двух параллельных цепей, закрученных в общую спираль. При этом текст (последовательность букв) на одной цепи строго связан с текстом на другой. Напротив буквы "А" одной цепи в другой всегда стоит "Т", а напротив "Г" - "Ц". Получается так называемая двойная спираль.
Для того, чтобы скопировать такую молекулу, нужно всего лишь разделить цепочки и достроить вдоль каждой новую. Тогда, поскольку тексты на обоих исходных цепочках соответствовали друг другу, в результате получатся две идентичные молекулы, по две цепи в каждой.
Если бы, например, на одной цепочке ДНК было написано ПАКС, тогда на другой было бы СКАП. После разделения цепей вдоль цепочки ПАКС достроилась бы новая СКАП, а вдоль СКАП - ПАКС. Получилось бы две одинаковых двойных спирали (и нет, мне еще не платят денег за каждый повтор этих слов в блоге).
В случае же ДНК это выглядит так:
Другое прекрасное следствие такой двуцепочечной структуры - стандартность внешнего вида молекулы вне зависимости от контента (последовательности букв). Прикол здесь в том, что объем, который занимает в пространстве пара А-Т, почти идентичен объему, который занимает пара Г-Ц. Поэтому вне зависимости от последовательности букв внешний вид двойной спирали всегда одинаковый.
Почему это важно?
Потому что клетке приходится производить стандартные операции с ДНК, которые не должны зависеть от информации, которая в ней записана. Например, ДНК нужно упаковывать, с ДНК должны связываться и перемещаться по ней белки, которые ее копируют и регулируют и т.д. Если бы общая структура зависела от содержания, задача бы усложнилась очень сильно.
Весь текст человеческой ДНК - это порядка 3 миллиардов букв, а бактериальной - пара миллионов (чуть меньше, чем в "Войне и мире" - там 2,5 миллиона). Если человеческую ДНК развернуть, то ее длина будет равна паре метров (при толщине в пару нанометров). В клетке же ДНК плотно упакована и умещается в клеточном ядре диаметром около 10 микрометров - это примерно в сто раз меньше, чем точка над i (надеюсь, у вас не слишком большой размер шрифта).
В целом, весь текст ДНК у конкретного организма называется "генОм" (это именительный падеж). Когда-то, чтобы впервые прочитать человеческий геном, было потрачено очень много денег и сил. Сегодня это происходит гораздо проще, и геномы многих организмов становятся известны. Желающие могут ознакомиться, например, с геномом кишечной палочки
В процессе копирования 3 миллиардов букв несложно ошибиться. Клетки постоянно делятся, ДНК копируется, и ошибки постоянно возникают. Большая часть из них исправляется специальными системами клетки, но все исправить не удается. В тексте возникают изменения - мутации. Мутации - причина существования наследственных заболеваний, блондинок и эволюции. О них - в одном из следующих постов.
Для знающих английский бонусом идет вот это видео, не самое красивое, но зато вполне наглядное.
|
</> |