Читать книгу: «Сказочная генетика», страница 4

10. Без помощников обойтись нельзя

В некотором королевстве, за семью морями, за семью долами, а где именно – отсюда не видать, жил-был король, которому однажды надоели слуги и придворные.

Никакого от них толку, только просьбами докучают, да жалованье им плати. Подсчитал король, что если прогонит он всех придворных прочь, то сможет экономить каждый месяц по три мешка золотых монет. Три мешка золотых монет в месяц – это вам не шутки, а огромные деньжищи. За год можно сэкономить тридцать шесть мешков монет, а за десять лет – триста шестьдесят!

Разогнал король всех слуг и придворных и стал жить да радоваться. Только радовался он недолго. Приготовленная поварами еда быстро закончилась, а новую приготовить он не умел. Да и не из чего, ведь на рынок тоже некому стало ходить. Королевский дворец очень скоро пришёл в упадок – кругом пыль, грязь, паутина, а порядок навести некому. Призадумался король и решил: ну её, такую экономию, от которой жизнь становится не мила! Вернул он всех во дворец и снова зажил в своё удовольствие. Всё тебе приготовят, обо всём позаботятся, обо всём подумают, а ты знай себе сиди на троне и пускай в потолок мыльные пузыри.

* * *

Королям без помощников приходится туго, вот и молекулам ДНК без них тоже не обойтись. Только представьте себе огромную молекулу, хранящую информацию о нескольких сотнях, если не тысячах, белков. Работать с такой громоздкой информацией не слишком удобно, особенно если каких-то белков нужно много. В общем, должен кто-то по хозяйству помогать.

Главными помощницами молекул ДНК, высокомудрых хранительниц наследственной информации, являются относительно небольшие молекулы рибонуклеи́новых кислот или, сокращенно, РНК. (ДНК – это дезоксирибонуклеиновая кислота, а РНК – рибонуклеиновая, и название у неё попроще, и статус не настолько высокий.) Молекулы РНК имеют схожее строение с молекулами ДНК, только вместо тимина в молекулах РНК содержится другое аналогичное вещество – ураци́л.

Скопировав определённые участки молекул ДНК, молекулы РНК служат дополнительными матрицами для сборки белковых молекул. Молекулы РНК образуются по уже знакомому нам с вами принципу репликации, только копируется не вся цепочка ДНК, а её часть.

Молекулы РНК выступают также в роли инструментов, разрезающих или, напротив, сшивающих фрагменты молекул ДНК, занимаются транспортировкой необходимых веществ к месту сборки молекул ДНК или РНК. Молекулы РНК могут блокировать какой-нибудь ген, делая считывание информации с него невозможным. Кроме того, у особых микроорганизмов, называемых вирусами (мы познакомимся с ними в своё время), молекулы РНК выступают в роли хранителей наследственной информации.

Итак, подытожим: несмотря на то, что молекулы ДНК играют главенствующую роль в хранении и передаче наследственной информации, без своих маленьких помощниц – молекул РНК – они обойтись не могут. Королям нужны слуги, без них короли пропадут.

11. Порядок прежде всего!

В тридевятом царстве, в тридесятом государстве, за синими морями, за высокими горами жил-был один кондитер, которому надоело самому печь торты и пирожные.

«Денег у меня предостаточно, – подумал он. – Пожалуй, открою-ка я кондитерскую фабрику, наберу пекарей, и пусть они стараются, а я буду отдыхать, на пуховых перинах лежать, в потолок глядеть, лимонады фруктовые пить».

Сказано – сделано. Открыл кондитер фабрику и ушёл на покой. Но без присмотра работники творили всё, что им вздумается. То пирожные у них подгорят, то съедят весь крем подчистую, то в горячую карамель горчицы добавят. Пришлось всё-таки кондитеру встать с пуховых перин и топать на работу. А в помощники оставить себе только тех, кто и в его отсутствие ведёт себя добросовестно. Потому что порядок – прежде всего! Без него никак не обойтись.

* * *

Считывание наследственной информации с молекул ДНК и изготовление их копий – весьма сложные процессы. Кто же ими руководит? Ну конечно же, гены, причём в строгом соответствии со своими полномочиями.

Да, среди генов существует иерархия. Одни гены просто делятся информацией, которую хранят. Такие гены называют функциона́льными: они только выполняют свою прямую функцию и больше ничего. Функциональные гены можно сравнить с рядовыми рабочими на заводе.

Организм – сложная система, и условия его существования тоже сложные. Иногда нужно ускорить производство тех или иных белков, а иногда и притормозить. Работой функциональных генов руководят структу́рные гены, названные так за способность создавать организационную структуру, превращая деятельность функциональных генов в слаженный процесс.

Подобно многообразию рабочих профессий (слесарь, токарь, машинист), у функциональных генов тоже есть свои специализации. Одни запускают считывание информации с матрицы, другие его останавливают, третьи передают приказы, отданные структурными генами. У маленьких генов взаимодействие выстроено подобно нашей, «большой» жизни.

Представьте, вам нужно остановить чересчур расшалившегося приятеля. Что вы сделаете? Вероятно, обхватите его руками и попытаетесь удержать. Примерно так же одни гены останавливают работу других: прикрепляются к ним в определённом месте, после чего ген становится неактивным. Когда от гена-командира прибудет гонец с приказом продолжать работу, блокирующий ген разжимает свои объятья и функциональный ген возобновляет работу.

Всё происходящее в живых организмах управляется химическими процессами – вещества связываются друг с другом, распадаются или вступают в реакцию с образованием нового вещества. В клетках нашего организма постоянно кипит-бурлит работа. Мы отдыхаем, а наши клетки работают без отдыха – вырабатывают необходимые вещества, накапливают запасы, готовятся к делению… Настало время поближе познакомиться с клетками и понять, как они устроены. Об этом будет рассказано в следующей главе.

12. Знакомьтесь: это клетка

В некотором королевстве, за семью морями, за семью долами, а где именно – отсюда не видать, жил-был любознательный король.

Его интересовало буквально всё. Почему птицы летают? Почему трава зелёная? Что появилось первым – курица или яйцо? Сколько понадобилось бы времени пчеле, чтобы долететь до солнца? Как Солнце, Луна и звёзды держатся на небе?..

Обычно у королей бывает по одному придворному мудрецу, редко когда два, а при этом дворе проживало больше сотни мудрецов, постоянно занятых поиском ответов на королевские вопросы. Король постоянно требовал объяснять ему всё простыми словами. Если мудрец начинал мудрить, его тут же отправляли на королевскую кухню чистить картошку и драить котлы.

Однажды король спросил у Главного Мудреца:

– Из чего мы сделаны?

– Из маленьких клеток, которые можно увидеть только в микроскоп, Ваше Величество, – ответил мудрец и отправил одного из придворных за микроскопом.

Посмотрев в микроскоп, король скривился и сказал:

– Ничего не понятно! Какие-то пятна, какие-то точки… Ты мне лучше расскажи, как устроена клетка?

– Да будет известно Вашему Величеству, что структурно-функциональная единица строения живых организмов… – начал было мудрец.

– Отправлю картошку чистить! – пригрозил король, строго нахмурив брови.

– Клетку можно сравнить с государством, Ваше Величество, – затараторил испуганный мудрец. – Она окружена стеной, названной клеточной оболочкой. В центре клетки находится королевский замок, в котором живут правитель и его придворные. Вокруг замка расположены заводы и склады, в которых чего только нет!

– Молодец! – похвалил король. – Вот теперь всё понятно, без этих ваших микроскопов! Продолжай дальше в таком же духе…

* * *

Клетку действительно можно сравнить с государством, границей которого служит тонкая клеточная оболочка, по-научному называемая мембра́ной. В оболочке есть канальцы, через которые в клетку и из клетки поступают различные вещества. Эти канальцы можно сравнить с окошками, защищёнными крепкими ставнями. Ставни открываются только при необходимости, всё остальное время они закрыты и содержимое клетки полностью отделено от окружающего мира.

Внутри оболочки клетка заполнена вязкой жидкостью под названием цитопла́зма, что в переводе с греческого языка означает «содержимое клетки». В цитоплазме плавают клеточное ядро и клеточные органы. Сравнивая содержимое клетки с королевским замком, придворный мудрец имел в виду именно клеточное ядро. И в нём действительно «живут» правитель и знать, управляющие королевством-клеткой, – молекулы ДНК.

Хранители информации требуют бережного обращения. Подобно тому, как бережно и аккуратно расставлены книги на полках в библиотеках, каждая молекула ДНК бережно свёрнута и упакована в молекулы белков. Такая упакованная молекула называется хромосо́мой. Клеточное ядро можно сравнить со шкатулкой, в которую аккуратно уложены хромосомы. Как говорится, в тесноте да не в обиде. Важно, что упакованные молекулы ДНК не могут повредиться или перепутаться между собой. Роль шкатулки играет оболочка ядра, надёжно защищающая хромосомы и не позволяющая им разбежаться по всей цитоплазме.

О хромосомах подробнее мы поговорим позже, а пока рассмотрим, что ещё находится в клетке. Современную жизнь невозможно представить без заводов и фабрик, где производятся разные нужные вещи. В клетке тоже есть свои «заводы» – рибосо́мы, похожие на маленькие зернышки. В рибосомах производятся нужные клетке белки.

Что нужно заводам и фабрикам для работы в первую очередь? Энергия! Клеточные энергетические станции называются митохо́ндриями. Внешне митохондрии похожи на короткие толстые огурчики, но правильнее было бы сравнить их с подводными лодками, которые вырабатывают энергию, хранят её и доставляют в нужное место, туда, где в энергии возникла потребность.

Где на заводах хранятся сырьё, а потом и готовая продукция? На складе! В клетке функцию складских помещений выполняют вакуо́ли – ограниченные оболочкой пузырьки, заполненные газами или жидкостями.

Вам нужно знать, что не все живые клетки имеют клеточное ядро. Есть и такие, у которых ядра нет. Например, все бактерии, самые распространённые одноклеточные организмы, не имеют ядер. Почему? Да потому, что ядра им не нужны. Ядро – это «шкатулка» для хранения хромосом, а у бактерии всего одна молекула ДНК, которая свободно плавает в цитоплазме, свёрнутая для компактности в кольцо. Стоит ли заводить шкатулку для хранения одного-единственного колечка? Навряд ли.

А теперь давайте закрепим полученные знания. Возьмите лист бумаги и карандаши. Нарисуйте обычным карандашом в центре листа большой круг – это будет клетка. В центре клетки коричневым карандашом нарисуйте кружок поменьше и закрасьте его – это будет клеточное ядро. Возьмите синий карандаш и нарисуйте вокруг ядра два-три небольших продолговатых пузырька – это будут вакуоли. Настал черёд красного карандаша – им мы будем рисовать митохондрии. У нас должны получиться три коротких красных огурчика, которые нужно закрасить. Что осталось нарисовать? Рибосомы? Берём зелёный карандаш и рисуем по всей клетке мелкие зёрнышки, десяти или двенадцати будет вполне достаточно.

Всё! Портрет клетки готов!

Кто нарисовал, тот молодец!