Павел Бородин - Кошки и гены
Теперь же зададим следующий вопрос. Что определяет последовательность оснований в РНК? Ответ вы знаете из школьного учебника. РНК синтезируется на ДНК.
Именно ДНК является главным носителем генетической информации. Гены — это фрагменты ДНК, ответственные за синтез определенных молекул РНК, которые в свою очередь участвуют в синтезе определенных белков или любым другим путем регулируют биохимические процессы в клетках. Поскольку же все признаки любого организма — это, в конечном счете, результаты биохимических превращений веществ, то справедливо будет утверждение, что гены кодируют развитие признаков.
Информация, закодированная в генах, называется генотипом, а результат ее воплощения в признаках — фенотипом.
ДНК, как и РНК, состоит из азотистых соединений. Отличия, казалось бы, минимальные: вместо рибозы в состав ДНК входит дезоксирибоза, вместо урацила (У] — тимин (Т). Главная особенность этой молекулы, которая ставит ее в привилегированное положение среди биологических молекул, — это ее способность к самокопированию. Одна нить ДНК может синтезировать дополнительную, комплементарную себе цепь, присоединяя азотистые основания по строго определенным правилам: Т к А, Г к Ц, и наоборот.
Этот процесс создания комплементарной молекулы называется репликацией. Именно он обеспечивает изумительную точность самовоспроизведения живых систем в длинной череде поколений и клеточных делений. К этому великому и важному процессу мы еще вернемся на страницах нашей книги.
А сейчас нас интересует другой процесс: транскрипция. Так называется синтез РНК. Он базируется на том же принципе комплементарности. Цепь ДНК присоединяет У к А, Г к Ц, Ц к Г, А к Т, а специальные ферменты транскрипции — РНК-полимеразы — сшивают их друг с другом. Этот первичный транскрипт — информационная проРНК — отделяется от ДНК, покидает клеточное ядро и уходит в цитоплазму, где достигает рибосомы и работает в роли программы трансляции — синтеза белка. Вернее, не он работает, а то, что от него останется после того, как с ним поработают клеточные редакторы.
Транскрипция — процесс синтеза информационной РНК на матрице ДНК
Как вы думаете, какой путь прошла эта книга от рукописи до того, что сейчас у вас в руках? Вы, наверное, думаете, что все было так.
Я написал все, что хотел написать, и мне все это так понравилось, что я, как А. С. Пушкин в аналогичной ситуации, забегал по комнате, приговаривая:
Ай да Бородин, ай да сукин сын! Ведь как здорово написано!
Потом я сгреб рукопись и побежал в редакцию. А там все, от главного редактора до корректора, как ее увидели, так сразу страшно обрадовались и закричали:
Ах, Павел Михайлович! Да как же замечательно Вы все написали, да какой же шедевр Вы сотворили!
И сразу все побежали в типографию и велели мою книгу немедленно и слово в слово напечатать в 200 000 экземпляров.
Увы, увы... Все было вовсе не так. Когда я кончил писать эту книжку, мне стало страшно и стыдно. Много было темных и вовсе бессмысленных мест. Многие абзацы не стыковались. Многие мысли, которыми я поначалу гордился, теперь показались совершенно неудобоваримыми, и их следовало разделить. Я выбрасывал, переставлял, соединял и разделял куски моей рукописи. И занимался этим чуть ли не дольше, чем писал.
Потом я отнес отредактированную мною рукопись в издательство. А там мне сказали:
Вот здесь невнятно, здесь не ясен смысл. Это надо выбросить, это переставить. Вот здесь вас неправильно поймут. Вычеркнуть. А это могут воспринять как намек, ну вы понимаете.
Прежде чем покинуть ядро, молекула вновь синтезированной иРНК подвергается редактированию. Из нее вырезаются незначащие части (нитроны), значащие участки (экзоны) сшиваются в определенной последовательности. Молекула снабжается сигналами начала (шапочкой) и конца (хвостом). В таком виде она готова для трансляции и уходит в цитоплазму клетки.
Тоже выбросить.
Так и сделали. И только потом поставили гриф издательства и назначили цену (я тут не при чем"). Именно так из моего черновика получилась та книга, которую вы держите в руках.
Я это не к тому говорю, что после всех этих упражнений она стала шедевром. Я сам вижу, как она уязвима для критики. А все это рассказал вам для того, чтобы привлечь ваше внимание к проблемам редактирования, общим «на всех уровнях».
Итак, после окончания транскрипции молекулы информационной РНК подвергаются «редактированию». Специальные ферменты удаляют из них незначимые участки Синтроны"), сшивают друг с другом значащие райойы ("экзоны"), приделывают к такой перекроенной молекуле шапочку и хвост. Шапочка эта нужна для установления контакта с рибосомой, а хвост защищает смысловую часть молекулы от разрушения. В таком виде молекула иРНК yxoflHt из ядра в цитоплазму клетки, где и служит матрицей для синтеза белка.
Есть две компании клеточных «редакторов». Об одной из них я только что рассказал вам. Она работает над редактированием РНК. Есть и другая компания, которая занимается редактированием, а вернее, корректированием ДНК.
Чем отличается редактор от корректора? Редактор вникает в смысл текста. Корректор в смысл вникать не обязан, его задача —
борьба с опечатками.
От опечаток не гарантирован ни один процесс тиражирования информации. Репликация — удвоение ДНК — в этом смысле исключением не является. В процессе тиражирования ДНК — построения комплементарной копии на одной из нитей ДНК — редко, очень редко, но, все же, случаются опечатки.
Это может быть и замена одного азотистого основания на другое, и потеря фрагмента, и вставка лишнего куска молекулы, и разворот фрагмента, и перенос его с одной молекулы на другую. Такие события — опечатки в генетических текстах — называются мутациями.
Если эти события приводят к грубым изменениям формы молекулы, они привлекают внимание клеточных «корректоров»
ферментов репарации. Эти ферменты поступают просто: они вырезают участок в одной из двух нитей в двойной спирали ДНК, вновь застраивают его согласно информации, записанной на второй, неповрежденной нити ДНК, и сшивают концы встроенного фрагмента со свободными концами корректируемой молекулы.
Постоянная бдительность клеточных корректоров обеспечивает поразительную точность тиражирования ДНК, недостижимую в издательском процессе. Но у них есть один недостаток: они устраняют только те ошибки, которые грубо меняют форму молекулы. Если же ошибка никак не сказывается на этом параметре, она не будет замечена и исправлена ферментами репарации.
Гены, несущие такие, негрубые, с точки зрения клеточных корректоров, ошибки, затем сами будут реплицироваться, их дочерние копии будут еще раз копироваться, размножая ошибку
мутацию — в бесчисленном множестве экземпляров.
В тех клетках, где по законам развития происходит считывание информации с данного гена, измененные последовательности будут транскрибированы в молекулы РНК. Эти РНК будут, конечно, отличаться от тех, что считываются с неизмененного мутацией гена. Соответственно на этой, отличной от нормы, матрице РНК будет затем построена измененная белковая молекула. В ней может быть встроена иная, чем в норме, аминокислота, или потеряна часть аминокислот, или их последовательность будет перевернута. Очень высока вероятность того, что такая структурно измененная белковая молекула изменит и свою функцию. Это может привести к тому, что окажется измененным и признак, в формировании которого участвует молекула.
Вот так по цепочке распространяется эффект изменений в молекуле ДНК: от гена к признаку. Молекулярное изменение гена превращается в изменение организма, созданного по ошибочному рецепту. Последствия зависят от того, насколько серьезной была ошибка.
Если вы, готовя торт, вместо вишневого варенья добавите клубничное, это будет уже другой торт, либо более, либо менее вкусный, чем тот, что пекся по стандартному рецепту. Но если вы вместо вишневого варенья положите горчицу, боюсь, что он б!удет совсем несъедобным и вам придется его выбросить. Так и с мутациями. Может возникнуть организм, отличающийся от исходного в лучшую или худшую сторону, но может возникнуть и совершенно нежизнеспособное создание.
Теперь давайте вернемся к тому примеру, с которого мы начали свои рассуждения. Если мутация происходит в гене, кодирующем последовательность аминокислот в ферменте тирозиназе, то тирозиназа оказывается измененной. К чему это приведет? Это может привести к тому, что будет нарушен синтез пигмента. Меланоциты не смогут его вырабатывать, и кот, получивший такую мутацию от обоих родителей, будет белым. Почему вдруг такое условие: чтобы быть белым, кот должен получить мутантный ген от обоих родителей?
