ДНК. Все что Вы хотели знать, но стеснялись спросить

ДНК в космосе Жизнь на Земле

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или сокращенно ДНК, имеет, несомненно, какую-то привлекательную загадочность. И неспроста. Потому что эта удивительная молекула обладает уникальными и потрясающими характеристиками.

ДНК — это единственная молекула, способная к самовоспроизводству. Она присутствует практически во всех живых клетках всех живых существ на Земле. Только она, и никакая другая молекула, обладает способностью копировать, а затем передавать наследуемую информацию последующим поколениям. Эта молекула является сутью самой жизни.

Но, несмотря на все свои явно фантастические свойства, ДНК работает по обычным законам природы. И никакой магии здесь нет. Да, иногда принципы ее функционирования не всегда очевидны. Но научные исследования вполне могут их выявить.

Как выглядит ДНК?

Физически ДНК представляет собой химическое вещество в форме извилистой «лестницы», известной так же как «двойная спираль». Эта лестница состоит из «ступенек» и сахарно-фосфатных «боковых перил».

Ступени ее состоят из пар химических оснований: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Сокращенно A, T, C и G, соответственно. Важно отметить, что аденин (A) соединяется только с тимином (T). А цитозин (C) только с гуанином (G). Только пары A — T или C — G работают как перекладины между двумя боковыми поручнями.

Двойная спирать ДНК
Двойная спираль ДНК, состоящая из нуклеотидных «ступенек» и сахарно-фосфатных «боковых звеньев». Из открытых источников.

Структура лестницы ДНК естественным образом скручивает ее в форму двойной спирали. И такая лестничная молекула может иметь довольно большие размеры. В человеческой клетке, например, количество звеньев пар оснований превышает три миллиарда! А общая длина молекулы составляет около 2 метров! Однако есть нюанс. В многоклеточных организмах, таких как человек, ДНК не является одной двухметровой цепочкой. Она разделена и плотно упакована в 23 пары хромосом, которые имеет каждая клетка.

Что делает эта молекула?

Все бактерии, растения и животные, включая человека, используют эту удивительную молекулу в качестве хранилища своей наследственной информации. То есть, проще говоря, как рецепт передачи каждой генетической особенности. От цвета глаз до группы крови. И этот рецепт храниться в каждой клетке организма. Эти сегменты ДНК, несущие генетическую информацию, называются генами. По сути, ДНК человека отличается от ДНК томата только последовательностью расположения пар оснований A, T, C и G.

Именно эта молекула хранит инструкции по производству, скажем, инсулина в клетках поджелудочной железы человека. Или фотосинтетических ферментов в растениях. Однако в ДНК растений отсутствуют инструкции по последовательностям оснований для производства инсулина. А в ДНК человека отсутствуют инструкции для производства фотосинтетических ферментов.

Разница между клеткой печени и клеткой кожи заключается в том, что хотя обе они активируют («экспрессируют») гены, необходимые для осуществления основных жизненных процессов, клетка печени экспрессирует гены только белков печени. Остальные гены остаются на месте. Но не экспрессируются. Точно так же клетки кожи экспрессируют гены, уникальные для белков кожи. Однако гены печени (и другие) при этом заглушаются.

У каждого ли живого существа она есть?

Язык генетики одинаков для всех форм жизни. Ген из любой клетки любого живого существа может быть скопирован, передан и понят любым другим живым существом. Которое может произвести тот же самый белок.

Например, человеческий инсулин сегодня может производиться микробами, модифицированными методами генной инженерии с использованием рецепта человеческой ДНК. Работает это примерно так. Копия гена человеческого инсулина передается микробам. Эти микробы собирают совещание, где изучают рецепт гена человеческого инсулина. И по полученным чертежам производят человеческий инсулин. Хотя сами микробы не имеют крови и, тем более, сахара в крови. И не используют инсулин. Это просто работа и не более того😀. Точно так же большинство твердых сыров в настоящее время производится с использованием химозина (фермента свертывания молока), генерируемого генетически модифицированными микробами.

Когда мы впервые начали изучать ДНК?

Любопытные люди всегда интересовались наследственностью. Ведь было совершенно очевидно, что дети часто бывают очень похожи на своих родителей😁. Однако до середины 20 века ученые не знали, что именно ДНК несет наследственную информацию. И лишь совсем недавно молекулярные генетики научились не только читать информацию, переносимую цепочкой ДНК, но и то, как редактировать или дополнять ее. Эти нововведения позволили разрабатывать ряд коммерческих продуктов, таких как вышеупомянутые инсулин и сыр.

Мы все генетически ближе к нашим собратьям, чем можем себе представить. Ведь все люди имеют более 99,9% общей базовой последовательности ДНК. Поэтому все генетические различия между Вами и Вашим соседом по гаражу, или между бушменом Калахари и лапландцем обеспечиваются всего лишь 0,1% ДНК.

Итак, как это работает?

Лучшая метафора, иллюстрирующая функцию хранения информации в ДНК, — это энциклопедия рецептов.

Многие люди бережно хранят свои семейные книги рецептов, доставшиеся им от предков. Эти рецепты иногда дополняются или корректируются. А затем передаются детям. Так происходит из поколения в поколение. Этот процесс сохраняет, хотя и с небольшими изменениями, важнейшие семейные кулинарные традиции.

В принципе, полный набор генетической информации в организме, или геном, ничем не отличается от сборника семейных рецептов. Геном использует ДНК вместо бумаги, чтобы передать по наследству драгоценную интеллектуальную собственность семьи. Наш геном очень похож в этом смысле на многотомную семейную энциклопедию. Ген предоставляет клетке инструкции и информацию, приказывая ей производить определенные белки в определенных тканях, в определенное время и при определенных условиях.

А теперь представьте свою семейную коллекцию кулинарных книг, состоящую из 23 томов. В которых, в общей сложности, содержится около 20 000 рецептов. Это приблизительное количество генов в геноме человека. Мы храним большую часть нашей ДНК в 23 парах хромосом. В общей сложности их 46 в каждой клетке. И каждая хромосома состоит из длинной цепочки ДНК, в которой закодирована генетическая информация.

Есть ли практическое применение информации из ДНК?

Конечно есть! Полиция, например, в наши дни часто использует анализ ДНК для раскрытия давно забытых преступлений. Специалисты по генеалогии используют эту молекулу для составления и подтверждения генеалогического древа, которое может иметь возраст в несколько веков. Историки часто используют ДНК для идентификации останков погибших солдат. Врачи тоже часто используют новые лекарства и методы лечения. В том числе для борьбы с раком и коронавирусом. Они разрабатываются в процессе молекулярно-генетических манипуляций. А специалисты по фертильности помогают бесплодным парам заводить биологически родных детей.

Понимание природы ДНК и того, как она функционирует, не только ведет к разработке новых технологий. Одновременно оно усиливает наше восхищение этой удивительной молекулой жизни…

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

,
Поделитесь с друзьями!
Живой Космос
Добавить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: