| Головна » Статті » Ще |
Вічне оновлення
| Здійснює на наших очах стрімке якісний стрибок і наука про живе, про життя - біологія. Обрв чарівні «семимильні чоботи» - інструменти фізики і хімії, вона швидко наздоганяє і обгонить точні науки у змаганні з творцем живого - природою. Не залишається сумнівів: безумовно, мають рацію ті дослідники, які вважають, що шлях до успіху - в оволодінні секретом логіки еволюції. А ключ до цього секрету природа сховала в апараті спадковості, абсолютно однаковому хімічно у всього живого - від вірусу до людини, від жаби до дерева, від мохів до холерної бацили. Щоб краще зрозуміти всі ті вражаючі можливості, які відкриває цей ключ, нам доведеться трохи освіжити свої знання про одну з найважливіших особливостей живого організму - здатності до самовідтворення.Зі шкільного курсу біології ми знаємо, що розмноження буває двох типів: статеве і безстатеве. В одному випадку дві клітини - від кожної з батьківських організмів - зливаються; в іншому, якщо одноклітинний організм (скажімо, бактерія), клітина ділиться. Обидва способи, зрозуміло, разюче відрізняються один від одного, але для нас зараз це не має значення. Нам важливі не їх відмінності, а з'ясування того, як «батьківська» клітка «повідомляє» дочірньої, що з неї - з цієї клітки-«дітки» - повинно вийти. Ким вона виросте - трояндою або слоном, дельфіном або людиною?Кількість переданої інформації повинно бути неймовірно велика: у цю єдину крихітну клітку повинні перейти «тома» докладних, ретельно розроблених інструкцій про всіх складних групах клітин і органах дорослої істоти, про їх взаємини на все його майбутнє життя. Крім того, інформація повинна бути дуже специфічна. Самовідтворення передбачає особливу чистоту роду: людина завжди породжує людину, риба - рибу. Де ж зберігаються всі ці величезні інструменти? Як можуть вони керувати побудовою нових клітин, як передаються від клітини до клітини? Багато десятиліть пішло і багато гіпотез було запропоновано, поки вдалося наблизитись до розгадки цієї таємниці. В біології колишніх часів існувала навіть думка, що в кожній батьківського, батьківській, клітці укладено гомункулус - мініатюрна копія тієї людини, яка з неї розвинеться. На початку нашого століття вже було відомо, що головним у процесі є ядро клітини, яке управляє всім її життям. Якщо це ядро прибрати за допомогою мікроманіпулятора, клітина зрештою загине. Спостереження під мікроскопом показали, що при поділі ядро теж розщеплюється на два дочірніх. Причому звертало на себе увагу, що перед самим моментом поділу в ньому проявляються довгі, тонкі, схожі на палички незрозумілі структури різної величини і форми. Їх назвали хромосоми. Хромосоми шикуються парами - строго по дві кожного сорту, а потім порівну діляться разом з кліткою. У клітці-«повія» її частка хромосом через якийсь час утворює нове ядро. Виходило, що кожна клітина-«дитинко» стає володаркою повного набору хромосом, який був у батьків.Поступово вдалося з'ясувати, що саме в хромосомах і захована вся інформація, яка передається від клітини до клітини, від покоління до покоління. І спосіб цей однаковий для клітин усіх організмів. Генетики, вивчаючи пізніше розмноження плодової мушки-дрозофіли, встановили відповідність між ознаками організму і певними ділянками хромосом. Якщо в даній мушки змінити чергування в хромосомах темних і світлих смуг, це обов'язково викличе також зміни певних зовнішніх ознак. По всій видимості, хромосома складалася з окремих елементів спадкової інформації.Кожен такий елемент в хромосомі, «відповідальний» за той чи інший ознака дорослого організму - форму очей, колір крильця або спосіб дихання,- вирішили назвати геном, що згодом дало назву науці - генетика. Вдалося встановити і те, що кожен ген завжди розташовується на строго певній ділянці певної хромосоми. Хромосома представлялася вже не просто дивною паличкою, а ланцюжком з генів. Але як працює ген? З чого він складається? Тепер ми вже знаємо навіть з курсу шкільної програми, що властивості кожної клітини визначаються природою білків, що входять до її складу: ферментів - маленьких хімічних фабрик-реакторів, «гінців» - гормонів і багатьох інших. Але в ті часи все це являло загадку. А коли виявили, що кожен ген контролює створення певного білка - будівельного цеглинки клітини, і, якщо змінюється ген, обов'язково повинен змінитися і білок,- це викликало сенсацію. Це й справді було найважливішим фактом із зібраних біологією «домолекулярной ери».Без електронного мікроскопа, без «семимильных чобіт» хімії і фізики ці факти не наблизили б час розкриття секретів самого гена. Насамперед хіміки з'ясували, що в хромосомах є не тільки білки - основа будь-якої клітини, але і так звані нуклеїнові кислоти. Ці кислоти дуже схожі на білки. Вони теж великі молекули і закручені в просторі у вигляді величезної ланцюжка. Але на цьому схожість закінчується. Якщо у білків ланки ланцюга складаються з амінокислот - основних поживних цеглин», яких в природі всього 20, то кожна ланка нуклеїнових кислот куди більш «просто» - це так звані «підстави» - цукру, фосфати і азотисті. У хромосомах була виявлена одна з різновидів нуклеїнових кислот - ДНК.Тепер ці три літери відомі всім, хоча повне ім'я складного сполуки, справжнє його назва запам'ятати дуже важко: дезоксирибонуклеїнова кислота. В ті дуже далекі часи, в 30 - 40-е роки - а для сучасної біології це й справді трохи не доісторична доба - вивчати ДНК було куди важче, ніж вимовляти. Надзвичайно довгі ланцюги її молекул розламувалися на шматки навіть при простому помішуванні розчину. А якщо врахувати, що в одній молекулі може бути кілька тисяч і навіть мільйонів атомів, то точний хімічний аналіз неймовірно ускладнюється. Але важко не важко, а треба.Перші аналізи, які показали, що це досить «тупий» і «нудна» молекула, в якій чотири підстави повторюються вздовж всього ланцюга з похмурою послідовністю, не викликали ентузіазму вчених, і багато уклали, що це всього-навсього підпора для знаходиться в хромосомах білка. Зрозуміло, сам білок і був головним претендентом на роль носія інформації. І от раптом усі ці висновки звалилися, як подтаявшая брила. Першим яскравим променем послужили досліди англійського вченого, лауреата Нобелівської премії Джона Кендрью, який наприкінці 40-х років виявив, що чиста, без жодної домішки білка, ДНК впливає на зміну спадковості бактерій. Зокрема, у збудників запалення легенів, пневмококів і інших мікроорганізмів. І закрутилося! Немов чарівна лінза зосередила всі слабкі промені здогадок в блискучу крапку. Так відразу звалилася слава білка, і вся увага науковців концентрувалася на ДНК. Вже в квітні 1953 року американець Джеймс Уотсон і англієць Френсіс Крік підірвали біологічну «бомбу». Їм вдалося розгадати шифр життя» - встановити структуру цієї дивної великий молекули ДНК. Відразу ж з'єдналися в одне всі неясні до того, результати, отримані за роки праць генетиками і біохіміками, мікробіологами і биофизиками. Стало абсолютно ясно, що саме ДНК, ця загадкова і «нудна» кислота, є носієм, зберігачем і передавачем «таємниць буття», всіх рецептів створення живого організму.Чи варто дивуватися, що важковимовне назва хімічної сполуки по праву потрапило на перші сторінки газет, затьмаривши всі інші події людського життя. Як же шифрує природа свій головний секрет? Примітивно ДНК можна представити у вигляді мотузяної драбини, а ще краще - застібки-«блискавки», поперечини якої - чергуються підстави, а боковини - цукру і фосфати. Ця драбина ретельно закручена в просторі в штопороподібну спіраль. Боковини - цукру і фосфати - постійні і не змінюються ніколи, ні в яких організмів. А всі магічні властивості, що дозволяють відрізнити один вид від іншого і навіть одну особину від іншого, залежать від сходинок-перекладин.«Сходинка» складається з двох частин, і, як у справжньої застібки-«блискавки», кожна з цих полуперекладин міцно пов'язана тільки з однією зі своїх боковин і слабо - з іншою частиною «сходинки». Ці половинки «перекладин», або «сходинок»,- чотири типу коротких молекул: аденіну, цитозина, тіаміну і гуаніна (А, Ц, Т, Г) у поєднанні з частиною боковини, до якого жорстко прикріплені, отримали назву нуклеотидів. Запам'ятаємо цей термін, він нам ще знадобиться. Запам'ятати не так уже й важко: «нуклеос» по-грецьки «ядро». У простій та елегантній подвійної спіралі ДНК, універсальної для всього живого, записано абсолютно все, що потрібно, щоб організм почав організмом, дівчинка - дівчинка, блондинка - блондинкою, а дитина виявився схожий на батьків. Два головні події в життя більшості клітин - ділення для відтворення самих себе і виробництво білків строго певного виду для побудови нових клітин організму - залежать тільки від програми, зашифрованою в чергуванні та поєднанні всього-на-всього чотирьох «літер» шифру ДНК - А, Ц, Т, Причому Р. для поєднань є непорушні правила: А з'єднується тільки з Т, а Ц - тільки з Р. Не дивно, що всього четырехбуквенным шифром А - Т, Т - А, Ц - Г і Г - Ц диктується всі неозоре різноманіття навколишнього нас живого світу! Ось вам і «нудна» кислота. Тепер вже стало абсолютно ясно, що перед поділом клітини ДНК розпадаються на дві боковини з прикріпленими до них полуступеньками, як би розстібається «блискавка». Нуклеотид А відокремлюється від Т, Ц - М, утворюючи дві зубчасті цінуй. Вільно плаваючи в клітці, зубчики-нуклеотиди з'єднуються з відповідними партнерами з інших половинок зубчиків і знову утворюють подвійну «сходи», точну копію тієї, з якою вони розділилися. Як тільки клітина-«дитинко» зі своєї самостійної «сходами» відокремилася, вона починає працювати: виробляти, «будувати» білок.Керує цією спорудою знову ж ДНК - за розкладом, зашифрованого певною послідовністю «букв». Білки - ці гігантські молекули, сконструйовані з певних наборів двадцять типів амінокислот,- можуть мати незліченну кількість сполучень і угруповань, тобто самий різний склад, а отже, і призначення. Тому білки - це складні ланцюги химерно закручених і зліплених особливим чином у просторі утворень. Виявляти їх будову, а значить, визначати роль і «посада» в організмі - робота, не можна порівняти навіть з казковими подвигами добрих молодців, яким баба-яга дає кожне нове завдання, куди важче попереднього.Тим не менш, в останні роки ця робота перетворилася в самостійну галузь молекулярної біології. | |
| Переглядів: 431 | |
