Клетка – существо микроскопическое. Но всё относительно: малюсенькая она для нашего человеческого мира. А вот если спуститься на уровень атомов и молекул, то окажется, что клетка, которую едва разглядеть в микроскоп – это целый город с развитой инфраструктурой. Помимо «мозга», о котором говорилось тут: https://dzen.ru/a/Y-CO4xbjRhel8DTe внутри клетки построен маленький заводик, фабрика, лаборатория; обустроена удобная транспортная система и логистика, коммуникации; функционируют электростанции, хранилища, экспортные и импортные системы.
3Д моделька клетки не моя, честно стырено. Красивое (^ ω ^)
Глядя на подобное великолепие возникает вопрос: кто всё это добро обслуживает?
Можно сказать, что в клетке всё автоматизировано - работает на химических реакциях - и на том успокоиться. И это действительно так. Но, на самом деле, всё немного сложнее и намного интереснее. Помимо химических реакций внутри клетки трудится специфичный эммм... биохимический персонал... А это уже немного больше, чем просто химия.
Продвинутые биохимические технологии
Если я скажу, что внутри клетки работают биохимических роботы, это будет звучать слегка (или не слегка?) шизофренично. Но, если вспомнить, что внутри вас самих прямо сейчас пашут триллионы микроскопических существ, за счёт которых вы дышите, читаете и осмысливаете написанное, - то мысль о биохимических роботах кажется уже не такой уж сверхъестественной, правда? Ведь что такое, по сути, робот? Устройство для осуществления различного рода операций, которое действует по заранее заложенной программе. Кто сказал, что робот должен быть сделан из металла? Он может быть сделан из чего угодно, хоть из пельменей - главное, чтобы выполнял свою программу.
Биохимические работники в клетках собираются по инструкциям, прописанным в генах. Помните предыдущую часть? С гена снимается копия-болванка и по ней собирается белковая молекула. Со станка-рибосомы молекула белка выходит похожей на длинные бусы, собранные из 20 видов аминокислот (порядок расположения которых и прописан в генетической инструкции). А далее происходит самосборка получившихся «бус» в определённую форму. Так как каждая аминокислота (бусина) обладает своими индивидуальными химическими свойствами – то и формы белка получаются разные. Например, некоторые аминокислоты гидрофильны – они тут же начинают взаимодействовать с окружающей их водой. А некоторые – гидрофобны, такие аминокислоты обычно «прячутся» внутрь молекулы белка, чтобы с водой не контактировать. Это, естественно, сильно влияет на конечную форму белковой молекулы.
Короче, последующая конфигурация белка зависит от набора и последовательности аминокислот, которые химически взаимодействуют с водой, друг с другом и некоторыми другими веществами. Результатом таких взаимодействий получается огромное количество трёхмерных конструкций: спиральные формы, листы, петли, клубки и всякая другая безумная хрень. Хрень которая умеет вытворять всякие поразительные штуки... Конечно, белковая молекула слишком проста, чтобы соображать: большинство белков "запрограммированы" всего лишь на какое-то одно (или два) определённых действия. И, тем не менее, это не мешает им действовать очень эффективно.
Массажист, застёжка-молния и маленький копировщик.
В предыдущих сериях мы остановились на том, что человеческая клетка получила сигнал к делению (митозу). Если у клетки хватает ресурсов, она переходит к очень важному и хлопотному периоду в своей жизни. В первую очередь - прежде чем делить свой завод, фабрику, ковёр и кота - клетка запускает процесс копирования своей библиотеки – тех самых 46 томов генетической информации. И это правильно: сначала нужно удвоить и поделить «мозги». А потом уже всё остальное.
Как переписать текст 46 молекулярных книг буква в букву, когда ты клетка? Глаз и рук нет, простая химия тут не очень-то поможет. Но есть белковые работники! Пусть каждый из них по отдельности выполняет всего одну-две определённые функции, но командой они способны выполнять довольно сложные действия.
Первой в процесс копирования ДНК вступает Топоизомераза. Топоизомераза - димер, то есть био-машинка, состоящая из двух белковых молекул, соединённых друг с другом. Функция Топоизомеразы – раскрутить плотную спираль и выпрямить погнутую жизнью молекулу ДНК, чтобы сделать её доступной для остальных работников копировальной бригады.
После того, как хребет ДНК выпрямили расслабляющим массажем, её двойную строку нужно аккуратно разъединить, чтобы не повредить сам текст. Это задача Хеликазы, которая пристраивается к ДНК и подобно бегунку на застёжке-молнии «расплетает» химические связи между двумя строчками записи. Кстати, чтобы строчки не самовоссоединились обратно, на буквы цепляются специальные белки SSВ – они фиксируют буквы подобно шпилькам и не дают им «слипаться». Теперь строчки можно копировать! Копированием занимается сложный белковый комплекс, который называется ДНК-Полимераза. Этот замысловатый "писарь" садится на одну из расплетённых строк и начинает строить её копию по принципу напротив А ставим -Т, а напротив Г – Ц.
На рисунке бригада в действии. Слаженная работа Топоизомеразы, Хеликазы, белков SSВ и ДНК-Полимеразы (и др.) создают так называемую репликативную вилку. Пока одна Полимераза ваяет копию на одной половине строки, другая то же самое делает на второй строке (только по иному принципу - копирует строку кусочками, углубляться в это не буду). Мало того, во время копирования генома хромосомы расплетаются сразу во многих местах, то есть действуют одновременно сотни репликативных вилок. Нужно отметить, что работает Полимераза и её помощники с немыслимой для нас скоростью: в среднем около 700 букв в секунду. Так, из одной молекулы ДНК получаются две. И нельзя сказать, что какая-то из них - копия, потому как в каждой из двух получившихся молекул есть старая строка и есть свежая.
Напоминаю: я объясняю самую суть, процессы на самом деле гораздо сложнее.
Ошибки и поломки
Так как ДНК-Полимераза не одна белковая молекула, а целый комплекс из нескольких разных белков, то она способна выполнять несколько операций. Этот биохимический робот умеет не только «читать» и копировать образец, он также сразу проверяет, правильную ли букву добавил. Это называется «работа над ошибками». Если человек, ошибившись, просто зачеркивает или стирает букву, то Полимераза, обнаружив опечатку, просто её «откусывает». Не, ну а чо? Достаточно просто и эффективно.
Не смотря на эффективную работу над ошибками, ДНК-Полимераза всё равно некоторые опечатки пропускает. А ещё она может соскользнуть со строки (потому что толстенькая?) и прошляпить целый кусок текста. В среднем у маленького молекулярного копировальщика остаётся незамеченной 1 ошибка на миллион символов. Много это или мало? Если учесть, что в геноме каждой клетки счёт идёт на сотни миллиардов букв, то довольно много. Тем более, что одна единственная опечатка, как мы знаем, может изменить «спОрт» на «спИрт» …
Помимо ошибок при копировании, молекулы ДНК сами по себе довольно уязвимы и постоянно повреждаются такими факторами среды, как ультрафиолет и радиация. Также их портят высокоактивные вещества, попадающие внутрь организма с дыханием или пищей: например разнообразные ПАУ (продукты горения) или афлатоксины (продукты плесневых грибов). Да и нормальные, физиологические процессы в клетках тоже несут опасность: активные формы кислорода, которые образуются при химических реакциях, также способны повредить текст. И это происходит постоянно. Прямо сейчас. Частота повреждений ДНК достигает по некоторым оценкам десятков тысяч событий в день на клетку.
Как мы вообще выживаем после всего этого??? 0_0
А выживаем мы благодаря работе бесчисленных ремонтных бригад, которые круглосуточно несут свою службу в ядре клетки. За нахождение поломок и починку самых разнообразных повреждений ДНК отвечает более ста типов белков. На рисунке лишь самые основные из них, и то не в полном составе.
Да, вот от этих покемонов напрямую зависит благополучие ваших клеток и ваше здоровье в частности.
О типах поломок ДНК и о том, что их провоцирует, будет отдельный подробный пост. Хочется раскрыть эту тему максимально, так как мы в данном случае являемся не просто зрителями, но и участниками, в какой-то мере влияющими на процесс. То есть мы в состоянии помочь (покемонам) в процессе сбережения своих собственных ДНК. Тем более, что у нас, в отличие от белковых роботов, всё таки имеются мозги.
Рисунки мои, пишу книгу для детей. Подумываю написать весёлую цитологию для взрослых. Тренируюсь на вас. Потому благодарю за активное участие: задавайте вопросы, пишите пожелания - постараюсь их учесть в дальнейшем повествовании.