Мирра Аспиз - Увиденное невидимое
Вся продукция клеточного завода не только накапливается в эндоплазматической сети, но и передвигается по ней в следующий клеточный цех. Клеточный конвейер! В последнем, упаковочном, цехе из поступающих продуктов удаляется лишняя вода, они прессуются.
Все признаки и особенности клетки определяются главным образом ее белками. А белки различаются количеством составляющих их аминокислот и той последовательностью, в которой они соединены в цепочки. Белков в организме человека сотни тысяч, а аминокислот всего двадцать. Если каждую аминокислоту обозначить буквой, то получится двадцатибуквенный алфавит. Из него можно составить фразы из разного количества букв - 50, 100, 300... Каждая фраза соответствует какому-нибудь белку. Мы знаем, что перестановка букв меняет слово: "краб", "брак"... Вот так же перестановка аминокислот меняет белок. Записанные одними и теми же буквами, белки отличаются друг от друга по их расположению.
Сведения о том, какие аминокислоты и в каком порядке должны соединяться в молекулы белка, записаны в клетке. Записи хранятся в ядрах. Там находятся специальные сейфы для хранения зашифрованных рецептов образования белков - хромосомы.
Расшифровка кода.
Ещё в прошлом веке под обыкновенным микроскопом в клетке увидели прямые и изогнутые палочки. Они ярко окрашивались некоторыми красками и поэтому получили название "хромосомы". По-гречески это значит "красящиеся тельца". Ученые обратили внимание, что в любой клетке организма имеется одинаковое количество таких окрашенных палочек. Причём количество их было одинаковым не только во всех клетках одного организма, но и во всех клетках у всех организмов данного вида. Не только у какой-то одной мушки дрозофилы 8 хромосом, а у всех таких мушек именно 8. У комаров - 6, у лягушек - 24, у собак - 22, у кошек - 60, у горилл - 48. А у человека 46 хромосом.
Построены хромосомы главным образом не из белков, как все остальные части клетки, а из ДНК. Так сокращенно называют дезоксирибонуклеиновую кислоту. Кислота с таким громоздким названием состоит из четырех типов нуклеотидов. Запомните, пожалуйста, это! Вы дальше увидите, как это важно, как много зависит от этих химических соединений.
В каждой клетке человека около 800000 молекул ДНК. Каждая из них построена из 40000 нуклеотидов.
Молекула ДНК - это молекула-гигант. Молекулы ДНК из хромосом только одной клетки составят нить длиной почти в два метра. А из всех клеток одного человека - в 1800000000000 километров. В 469 тысяч раз больше расстояния до Луны. Такой нитью можно было бы обмотать по экватору нашу планету 45 миллионов раз. Но эта нить настолько тонкая, что ее никто бы и не заметил.
Отдельные участки молекулы - гены - заведуют наследственными свойствами организма. Цвет волос и глаз, форма носа, группа крови, особенности всех белков организма определяются генами. На них и записаны рецепты белков: число и порядок аминокислот. В каждой молекуле ДНК сотни тысяч генов. Но не все они работают. В одной клетке работают одни гены, в другой - другие. Этим и объясняется разнообразие белков, клеток, организмов.
Из наблюдений стало ясно, что повреждения ДНК ведут к нарушению образования в клетке белков. Изменяется ДНК - изменяются и наследственные свойства организмов. Ученые переделывали одни бактерии в другие, меняя у них ДНК. Бактерии приобретали форму и химические особенности тех бактерий, от которых они получали ДНК.
Если разнообразие белков зависит от сочетаний 20 аминокислот, то разнообразие ДНК, все разнообразие живых существ зависит от расположения всего четырех нуклеотидов. Это кажется невероятным! Сочетание фраз при помощи 20 букв - куда ни шло. А вот как сделать запись всего четырьмя буквами? Но ведь по телеграфу можно передать текст любой длины и сложности, пользуясь даже не четырьмя, а только двумя знаками - точкой и тире. Надо только уметь его передать, принять и расшифровать. Телеграфный код расшифровывают телеграфисты. Код - это условные знаки. Зашифровать какой угодно текст можно и буквами, и цифрами, и разными символами.
Как же записан рецепт белков в ДНК? Каким кодом пользуется клетка? Каков ее генетический код?
Над расшифровкой генетического кода работали ученые разных специальностей: биологи, физики, химики, математики. Они ставили опыты, проводили расчеты, делали модели...
Если в состав белков входит 20 аминокислот, то код для них должен иметь по крайней мере 20 разных значений. Значит, буквой кода никак не может быть один нуклеотид. Вы запомнили, что их всего 4 типа. Выходит, что буквой кода может быть только сочетание нескольких нуклеотидов, расположенных вдоль молекулы ДНК. Предположим 2. Нет, двух мало. Ведь из двух нуклеотидов получается только 16 разных сочетаний: 42=16. Этого мало для всех аминокислот. А если кодирующим числом предположить З? 43=64. Такое количество сочетаний даже больше, чем надо. Расчеты, проведенные учеными, подтвердились и опытами. Три нуклеотида определяют, какая именно аминокислота присоединится в строящуюся молекулу белка.
Генетический код был расшифрован! Было разгадано и как передается запись из ядра в цитоплазму, каким образом состав нуклеотидов становится известным рибосомам, занятым сборкой белков.
Запись рецепта белка передается в два приема. Сначала он переписывается с молекулы ДНК на другую кислоту - рибонуклииновую, также состоящую из нуклеотидов. Ее тоже сокращают - РНК. При переписке сохраняется последовательность нуклеотидов. Потом РНК выходит из ядра и идет к местам образования белков - на рибосомы. Эта кислота является посредником между ДНК и рибосомами, она несет им сведения, информацию о порядке нуклеотидов. Ее так и называют: РНК-посредник, или информационная РНК.
Каждая аминокислота подходит только к определенному сочетанию трех нуклеотидов. Точнее, не она сама подходит, а ее приводит другая РНК - транспортная...
Перевод с языка генов на язык белков - очень сложный процесс. Его изучают многие исследователи. Они стараются научиться изменять гены, заставлять работать одни и подавлять работу других, чтобы менять наследственные свойства организмов. Даже делаются попытки замены генов, появляется новая наука - генная инженерия.
Дочки-матери.
Клетки одинаковой величины и у человека высокого роста и у совсем низкого. Нет никакой разницы и в размерах клеток ребёнка и взрослого. Просто у высоких людей клеток больше, чем у низкорослых, а у взрослых количество клеток больше, чем у детей. Организм растет, и число клеток в нём всё время увеличивается. Рост - это и есть прибавление клеток. Новые клетки возникают и на смену погибшим. Ведь срок жизни большинства клеток значительно меньше, чем всего организма. Как же увеличивается количество клеток? Оказывается, умножение клеток происходит путем деления. Клетки делятся: из одной получается две. Причем новые две ничем не отличаются друг от друга и очень похожи на ту клетку, из которой они получились. Только поменьше. Обе новые клетки - дочери, или сёстры. Их и в науке называют дочерними, или сёстринскими, клетками. Они немного подрастут и сами станут материнскими клетками. Каждая из них опять даст две одинаковые дочерние клетки. С тем же количеством хромосом. До деления 8 и после деления 8, до деления 46 и после деления 46...
Каким же образом количество хромосом остается постоянным? Казалось бы, если клетка разделяется на две половинки, то каждая из дочерних клеток должна получить при этом лишь половину хромосом: вместо 8 - 4, вместо 46 - 23. Но ведь хромосомы заключают в себе наследственные свойства. Их надо сохранить и передать. И в природе выработалась такая способность: молекулы ДНК, составляющие хромосомы, обладают удивительным свойством самоудвоения. Ученые говорят: свойство самовоспроизведения.
Ещё до деления клетки каждая молекула ДНК удваивается. Поэтому и хромосомы оказываются удвоенными. Около каждой хромосомы возникает ее копия. Сначала старая и новая хромосомы находятся в паре. Они тесно прилегают друг к другу. Все это происходит в ядре.
Но вот начинается деление клетки. Ядерная оболочка разрушается. Между парами хромосом намечается трещина. Но они еще держатся парами. Парами и движутся на середину клетки. Делящуюся клетку сравнивают с глобусом: говорят об ее экваторе и полюсах. Так вот парные хромосомы собираются к экватору. В это время в клетке образуется "тянущий" аппарат. Его нити соединяют между собой полюса клетки и каждую хромосому с одним из полюсов. Назначение этого аппарата - тянуть хромосомы в разные стороны. Одна из парных хромосом оттягивается к одному полюсу, другая - к противоположному. На обоих полюсах вокруг хромосом образуется ядерная оболочка - ядра готовы. А посередине клетки, по ее экватору, возникает перегородка.
