Как работает клетка? Основные термины и понятия

В настоящее время чтобы понимать, о чем рассказывают ученые мужи в своих статьях и книгах, придется разобраться с терминологией и основными принципами работы генов. Давайте сделаем это.

Хромосома

Рассмотрим внимательно картинку. Слева показана клетка и ее ядро, в котором находится вся наследственная информация. Эта информация сгруппирована в некоторое количество пар хромосом, а пары хромосом образуют Х-образные структуры. Количество пар хромосом различается у разных организмов. Например, у шимпанзе 24 пары хромосом, а у человека - 23. Все хромосомы разные по содержанию и по размеру.

Хромосома ограничена теломерами - инертными, то есть не вступающими в реакцию концевыми участками. Подобные концевые маркеры есть и у генов, об этом ниже.

Молекула ДНК

В хромосоме хранится свернутая в спираль длинная молекула ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты, основного носителя информации. Молекула ДНК удивительно прочная структура, способная к тому же к самовосстановлению и исправлению ошибок в коде. ДНК как хранилище информации во много раз надежнее любых жестких дисков, изобретенных людьми.

Длина развернутой молекулы ДНК превышает метр. Для того, чтобы компактно упаковать ее в хромосому, при помощи особых белков - гистонов - ДНК сворачивается в компактные архивы-глобулы - нуклеосомы.

Ген

Ген - это отдельный участок ДНК, несущий информацию о синтезе белков, строительных кирпичиков организма. В гене есть участки, которые включают и выключают его при определенных условиях. Ген состоит из структурной и регуляторной частей. В структурной содержится рецепт синтеза нужного белка, в регуляторной - условия для начала и завершения работы гена.

Не все гены в организме работают. Некоторые, доставшиеся от предков гены постоянно выключены, но все еще остаются в геноме. Ген имеет особые маркеры на концах, отмечающие его границы в молекуле ДНК. В некоторых случаях эти маркеры у выключенных генов теряются, и гены превращаются в мусорную ДНК. У человека более 80% генома относится к генетическому мусору, а у рыбы Фугу, например, меньше 20%. Однако мусорная ДНК является источником материала для формирования новых генов.

Множество генов общее для всех живых существ, например ген SHH, sonic hedgehog, у всех билатеральных (двустороннесимметричных) животных, и у человека и у мушки дрозофилы, отвечает за развитие конечностей и частей тела. Другие гены присущи более узким группам организмов, например, присутствуют у млекопитающих и не существуют у рептилий.

Нуклеотиды и пары оснований

Ген состоит из нуклеотидов, объединенных в пары оснований. Нуклеотиды похожи на логические 0 и 1 компьютера, только их четыре - Гуанин, Цитозин, Аденин и Тимин (с большой буквы, потому что далее Г, А, Ц и Т). Пары оснований формируются исключительно из пар Г+Ц и А+Т. Замена такой пары в гене является наиболее часто встречающейся точечной мутацией и может совершенно никакого заметного влияния не оказать, однако может и довольно серьезно изменить способности организма. Например, небольшая мутация в гене foxp2 приводит к дислексии и проблемам с речью, а мутация в гене SHH приведет скорее всего к рождению нежизнеспособного потомства.

Рибонуклеиновая кислота - РНК

Также в каждой клетке содержится РНК, вещество, способное к кодированию информации, как и ДНК, однако проще и менее устойчивое. РНК участвует в программировании синтеза белков клеткой. ДНК не может проникнуть сквозь стенку клеточного ядра, где она спрятана, а РНК проходит эту преграду без проблем. РНК считывает команды с соответствующего участка генетического кода, этот процесс называется транскрипцией ДНК, и переносит инструкции к рибосомам, специальным органеллам, которые и синтезируют необходимые белки из тех веществ, что мы съели за обедом и расщепили в желудке.

Другой вид РНК называется транспортным (тРНК) и таскает аминокислоты по клетке туда, где они требуются. тРНК, естественно, не обладает разумом и не снабжена особыми чертежами, показывающими, куда следует тащить вещества. РНК синтезируется больше, чем нужно, по адресу попадают те молекулы, которые просто проплывали мимо в цитоплазме клетки, а остальные разбираются для следующего этапа строительства живого организма.

Мы разобрали основные термины клеточного генома и коротко обрисовали, как это все функционирует. В ближайшее время мы продолжим публикацию статей на темы генетики и расскажем более подробно, как работают гены, как получается, что из практически одинаковых яйцеклеток могут развиться и лягушонок и котенок. Подписывайтесь на наш канал чтобы не пропустить материал. Ставьте лайки и делитесь в соцсетях.