Ваши клетки — живые библиотеки!
В 1953 году молекулярные биологи Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали открытие, которое совершило переворот в научном понимании жизни. Они открыли двуспиральную структуру ДНК *. Это нитевидное вещество, в основном находящееся в ядре клеток, содержит закодированную информацию. Получается, что клетки — настоящие живые библиотеки. Это потрясающее открытие положило начало новой эре в биологии! Но какой цели служат эти закодированные «записи»? И еще более интригующий вопрос: как они туда попали?
ЗАЧЕМ КЛЕТКАМ ИНФОРМАЦИЯ
Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как из семечка вырастает дерево? Как оплодотворенная яйцеклетка становится человеком? Каким образом вы унаследовали черты своих родителей? Все это стало возможным благодаря информации, которая находится в ДНК.
Практически все клетки содержат ДНК — сложные молекулы, напоминающие длинные закрученные лестницы. В геноме человека — нашем полном наборе ДНК — эти лестницы насчитывают приблизительно три миллиарда химических «ступенек». Ученые называют эти ступеньки парными основаниями, так как каждая ступенька состоит из двух химических веществ. Всего таких веществ четыре: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Обычно их обозначают начальными буквами А, Г, Т и Ц — получается своего рода алфавит из четырех букв. В 1957 году Фрэнсис Крик предположил, что именно благодаря линейной последовательности этих химических ступенек образуются закодированные инструкции. В 1960-х годах ученые приступили к расшифровке этого кода.
Информацию — будь то в виде изображений, звуков или слов — можно хранить и обрабатывать множеством способов. Компьютеры, к примеру, делают это в цифровом виде. Живые клетки хранят и обрабатывают информацию химическим способом, и ДНК играет в этом ключевую роль. ДНК передается во время деления клеток и размножения организмов — процессов, которые считаются отличительными характеристиками жизни.
Как клетки используют информацию? ДНК можно сравнить с книгой рецептов, в которой подробно, шаг за шагом, описывается приготовление разных блюд. Только в итоге получается не торт или печенье, а, скажем, капуста или корова. Но конечно же, в живых клетках все процессы полностью автоматизированы, что делает эти процессы еще более сложными и загадочными.
Информация, которая содержится в клетке бактерии, могла бы заполнить книгу в 1 000 страниц
Генетическая информация хранится в ДНК до тех пор, пока она не понадобится, например, чтобы заменить изношенные или больные клетки новыми и здоровыми или передать наследственные признаки следующему поколению. Какой объем информации записан в ДНК? Возьмем один из самых маленьких организмов — бактерию. Немецкий ученый Бернд-Олаф Кюпперс сказал: «Если можно было бы перевести молекулярный текст, описывающий строение клетки бактерии, на человеческий язык, то получилась бы книга в тысячу страниц». Неудивительно, что профессор химии Дэвид Димер написал: «Просто диву даешься, насколько сложны даже самые простые формы жизни». А что можно сказать о геноме человека? «Он заполнил бы библиотеку, насчитывающую несколько тысяч томов»,— говорит Кюпперс.
ДНК. Ключевые даты
1869 Химик Фридрих Мишер обнаружил то, что мы сегодня называем дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК.
Начало XX века Биохимик Феб Левин открыл последовательность некоторых химических компонентов ДНК и определил, как они соединяются в цепеобразную молекулу.
1950 Биохимик Эрвин Чаргафф обнаружил, что у разных биологических видов состав ДНК различен.
1953 Ученые Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик описали двуспиральную структуру ДНК.
«ЗАПИСАН ТАК, ЧТО МЫ МОЖЕМ ЕГО ПОНЯТЬ»
По словам Кюпперса, выражение «молекулярно-генетический язык» ДНК — не просто метафора. Он говорит: «Подобно человеческим языкам, молекулярно-генетический язык обладает синтаксисом». Проще говоря, ДНК имеет «грамматику», или свод правил, которые жестко регулируют написание и выполнение инструкций.
Из «слов» и «предложений» в ДНК составлены разные «рецепты», по которым «готовятся» проте
|