ДНК: свойства и строение молекулы, расположение в клетке


Нет такой генетики, которую нельзя было бы угробить вредными привычками.

Юрий Бузиашвили

 

План того, каким будет человек, готов уже в тот момент, когда мужская и женская половые клетки сливаются воедино при оплодотворении. Схема будущего организма заключена в ядре этой единственной клетки, точнее в ее молекуле ДНК. ДНК определяет цвет глаз и волос, рост, форму носа и таланты будущего человека. В огромной степени жизнь будет зависеть от качеств, заложенных генами от рождения.

 

ДНК: свойства и строение молекулы, расположение в клетке

 

Тело человека состоит из миллиардов разных клеток. Несмотря на то, что каждая клетка имеет собственное строение и функции, все клетки объединяет одно. Внутри них есть ядро, в котором содержатся хромосомы, а в них, в свою очередь, — молекулы ДНК. Они одинаковы во всех клетках. И в клетке мозга, и в клетке ногтя, и в клетках кожи молекулы ДНК абсолютно идентичные. Каждая клетка содержит информацию о строении целого организма. Как будто в каждом кирпичике здания хранится миниатюрный план всего сооружения. Так что же это такое и зачем вообще ДНК нужны человеку и человечеству?

 

Буквы ДНК расшифровываются как «дезоксирибонуклеиновая кислота». По своей сути это молекула, в которой в виде генетического кода хранится и передается из поколения в поколение важнейшая информация. ДНК содержит всю информацию о человеке, о его наследственности и жизнедеятельности. В ней заложен опыт предков человека, система восстановления и даже репродукции внутренних органов.

 

Способность клетки хранить данные о целом организме впервые обнаружил британский биолог Дж. Гердон. Он взял ядро клетки из кишечника взрослой лягушки и пересадил его в лягушачью икринку, из которой заранее удалил ее собственное ядро. Из икринки-гибрида появилась лягушка, абсолютно идентичная той, чье ядро ей пересадили.

 

ДНК: свойства и строение молекулы, расположение в клетке

 

Иногда природа сама создает двойников. Когда после первого деления оплодотворенной яйцеклетки дочерние клетки расходятся порознь, из каждой начинает развиваться отдельный организм. Так на свет появляются однояйцевые близнецы. Их молекулы ДНК совершенно идентичны. Именно поэтому близняшки так похожи.

 

Как же устроена молекула ДНК эта ключевая частичка живой клетки? Она похожа на лестницу, перекрученную в спираль. Молекула ДНК состоит из чередующихся звеньев. Ее длина зависит от организма, которому она принадлежит. ДНК простейших вирусов содержит всего несколько тысяч звеньев, бактерий — несколько миллионов, а высших организмов — миллиарды. Если выстроить в линию все молекулы ДНК, содержащиеся в одной клетке человека, то получится нить длиной около 2 метров.

 

Отличия ДНК от РНК

 

КЛЕТКИ: БЕССМЕРТНЫЕ И СМЕРТНЫЕ

Организм человека состоит из 220 миллиардов клеток. Различают две категории:

  • 20 миллиардов «бессмертных», существующих на протяжении всей человеческой жизни. К ним относятся нейроны.
  • 200 миллиардов «смертных», они постоянно замещаются.

 

Физики выяснили, что ДНК по своей структуре похожа на твердое тело, а звенья уложены в ней так же, как в кристалле. Одномерный кристалл ДНК, похожий на нитку, заинтриговал ученых. Молекула оказалась изолятором, вроде оконного стекла. Да она и прозрачна, как стекло. Обычное стекло отлично пропускает свет и поглощает ультрафиолетовые лучи. ДНК тоже поглощает ультрафиолет. Но для стекла эти лучи не вредны, а ДНК к ним очень чувствительна. Ультрафиолет настолько губителен для молекулы ДНК, что клетка в ходе эволюции научилась самостоятельно сопротивляться их воздействию и оберегать от повреждений заключенную в ней информацию.

 

ДНК РЕГЕНЕРИРУЕТСЯ

Каждый день наша ДНК повреждается по миллиону раз. К счастью, наш организм оснащен сложной системой ее восстановления. Если бы этого не было, мы все поголовно болели бы раком и умирали еще в молодости.

 

Закрученная спиралью молекула ДНК стремится вытянуться в прямую линию. Но ее то и дело бомбардируют окружающие молекулы воды, и спираль начинает извиваться, подобно червяку.

 

Гибкость двойной спирали играет важную роль. Если бы молекула ДНК была чересчур твердой, она бы не поместилась внутри клеточного ядра. А двухметровая нить, свернутая в клубок, составит всего 0,5 миллиметра в диаметре. Это в тысячу раз больше диаметра ядра. Как же все-таки ДНК умещается внутри клетки?

 

ДНК в клетке

 

Дело в том, что в клетках высших организмов предусмотрен специальный механизм принудительного изгибания двойной спирали. Молекула накручивается на комплекс ядерных белков — гистонов. На каждый такой белок молекула делает около двух оборотов, а затем переходит на следующий. Гистон с намотанной на него ДНК называется нуклеосомой, так что ДНК в ядре высших организмов — это ожерелье из нуклеосом. Оно компактно уложено в хромосомы. Именно таким хитрым способом клетка умудряется проделать этот замысловатый трюк — вместить полимерный клубок в ядро, диаметр которого меньше микрометра.

 

Открытие структуры ДНК привело к рождению новой, молекулярной, биологии. Развитие этой науки открыло возможность неслыханным образом вмешиваться в свойства живой клетки, целенаправленно изменять наследственность. И это уже начинает воздействовать на жизнь людей не менее радикально, чем овладение энергией атомного ядра.

 

СКОЛЬКО ГЕНОВ У ЧЕЛОВЕКА?

Ген — это элементарная единица наследственности. Он представлен отрезком молекулы ДНК. У человека есть 30-40 тысяч генов, каждый из которых обуславливает определенную функцию в организме. Совокупность генов вида или популяции называется генофондом.