В последние дни меня стал одолевать сильный зуд написать что-нибудь на Дзене, однако я не мог подобрать подходящую тему. Как обычно зашел после работы в магазин и увидел обилие маркировок "Без ГМО", и меня осенило. По количеству публикуемого и обсуждаемого мракобесия ГМО вполне могут посоревноваться даже с глобальным потеплением. Естественно, такую вопиющую нехватку знаний было решено компенсировать самым радикальным образом, а именно публикацией серии статей для моих верных двух подписчиков :) Итак, ladies and gentlemen, поехали.
Сначала о том, что такое гены и как они работают. До обнаружения того факта, что нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) являются носителями наследственной информации, геном называли просто некий наследственный фактор, несущий информацию о каком-либо признаке.
Чтобы читатель мог представить себе тогдашний уровень представлений об этом явлении, проведем примерную аналогию. Человек, ничего не знающий о внутреннем устройстве автомобиля, путем наблюдений за разными машинами заключает, что где-то внутри есть штука, которая влияет на громкость звука и динамику. И называет ее двигателем. И говорит, что у внешне одинаковых машин скорее всего одинаковые двигатели; у более быстрых машин более сильные двигатели.
В принципе, на этом понимание и заканчивалось до открытия Уотсоном и Криком структуры ДНК в 1953 году, после которого пошло стремительное развитие генетики, и ученому сообществу открылась целая биохимическая Вселенная, наполненная поистине невероятными законами и Нобелевскими премиями.
Остановимся поподробнее на их открытии, так как без этого понимание дальнейшего материала невозможно (но если в школе Вы не спали на биологии, то вполне возможно). Каркас цепочки нуклеиновых кислот (кстати, они так называются, потому что обнаружены были в клеточном ядре, то бишь nucleus, и обладают кислотными свойствами) состоит из фрагментов молекул углеводов (рибозы в случае РНК и дезоксирибозы в случае ДНК), обозначенных бирюзовыми пятиугольниками. Скреплены между собой эти фрагменты остатками фосфорной кислоты (серые кружочки). Еще раз, основа ДНК и РНК - углеводы, скрепленные остатками фосфорной кислоты. И все было бы совсем скучно и бесполезно, если бы не азотистые основания, обозначенные буквами A, T, G и C (аденин, тимин, гуанин и цитозин).
Сами по себе азотистые основания - это ничем не примечательные соединения, содержащие в своем составе углерод, кислород, азот и водород и обладающие весьма скудным набором химических свойств. Но есть у них одна ключевая особенность: аденин очень любит тимин, а гуанин не может без цитозина. Они, как это называется научным языком, комплементарны. Такие прямо сладкие парочки. То есть недостаточно сладкие, чтобы никогда не расстаться, но и на свинг совсем не согласны. При их сближении образуются довольно прочные пары А-Т и G-C. По сути, из всего предшествующего текста нужно запомнить исключительно это (А-Т и G-C).
Для лучшего понимания можно представить, что ДНК - это прочный канат, на который насажены 2 вида ключей (А и G) и 2 вида замков (T и С), которые могут образовать 2 пары ключ-замок без возможности перестановок. Если есть две цепочки, в которых есть идеальное соответствие ключей и замков по всей длине, они автоматически очень крепко соединятся между собой и без внешних усилий разделяться не станут. А так как на самом деле все элементы каркаса не плоские, а изогнутые и довольно гибкие, наиболее удобной формой взаимного расположения является спираль, а не лестница. Почему именно фосфорная кислота, именно рибоза и дезоксирибоза и именно эти азотистые основания были выбраны природой, никто не знает. Но такое сочетание отлично работает, поэтому оно и прижилось.
Теперь посмотрим на ДНК чисто с функциональной точки зрения, опустив грязные химические подробности. Эта молекула является достаточно стабильной в условиях окружающей среды, что не дает ей развалиться сразу после образования. Каждое азотистое основание в ее составе (А, Т, G, C) способно связываться с комплементарным ему, независимо от того, находится оно в составе другой цепи или в виде строительного блока, состоящего из одного азотистого основания, остатка углевода и фосфорной кислоты (который называется нуклеотидом).
И вот эта самая потрясающая способность связывать комплементарные основания определяет две ключевые способности ДНК, на которых построена вообще вся жизнь на нашем голубом шарике. Репликация - самовоспроизведение исходной молекулы. Транскрипция и трансляция - построение белковых молекул на основе информации, содержащейся в ДНК. Сейчас поподробнее остановимся на каждом из этих процессов.
Начнем с репликации, то есть самовоспроизведения. Итак, сначала специальные ферменты - геликазы (или хеликазы, кому как удобнее) - расплетают двойную спираль. Транспортная РНК (т-РНК) подтаскивает в место разрыва разные нуклеотиды, которые образуют устойчивые пары с комплементарными себе основаниями. После этого другой фермент - ДНК-полимераза - образует сшивку между углеводными фрагментами нуклеотида и строящейся цепочки. В итоге, когда этот цикл пройдет от начала цепочки до конца, получится две двойных спирали, полностью идентичных исходной.
Транскрипция ДНК - это процесс создания молекулы РНК на основе ДНК, и в целом аналогичный только что описанному. Отличие заключается в том, что на цепочке ДНК синтезируется комплементарная ей цепочка РНК (называемая матричной РНК или м-РНК). Действуют те же правила комплементарности, только тимин (Т) в молекуле РНК заменяется на урацил (U). Следовательно, пары оснований будут A - U и G - C. Далее м-РНК соединяется с рибосомой - огромным по молекулярным меркам нуклеопротеидным комплексом (то бишь конгломератом белков и нуклеиновых кислот), достигающим аж до 30 нм в диаметре у эукариот - и начинается акт трансляции. Это поистине божественное действо переводит информацию, записанную как последовательность оснований в м-РНК, в последовательность аминокислот в цепочке белка.
Ну и что? А то, что абсолютно все процессы, происходящие в живом организме, являются результатом деятельности белков. Вы сжигаете питательные молекулы для получения энергии? Это белки. Создаете новые молекулы из имеющихся в наличии? Это белки. Ваши клетки делятся. Это белки. Мышцы сокращаются. Это белки. Весь ваш внешний облик - это белки. Таким образом, чередование всего четырех азотистых оснований определяет биохимию всего живого на Земле. И еще 2 потрясающих факта:
1) Все белки собраны всего из 21 аминокислоты;
2) Генетический код однозначен и универсален для всех живых организмов.
То есть не важно, Вы одноклеточная сине-зеленая водоросль или человек - ААА всегда означает лизин. А последовательность AUG-ACU-GCU даст метионин-треонин-аланин.
Быстро повторим. На ДНК собирается РНК, а на РНК собирается белок. Последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. Последовательность аминокислот определяет химические свойства и, соответственно, функции белка. Белки осуществляют абсолютно все процессы жизнедеятельности.
Всем спасибо за внимание! В следующей статье поговорим о генной инженерии и о том, почему не надо бояться ГМО.
