Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

^{Рис. 3.1. Схематическое изображение ДНК. Две основные цепочки закручены относительно друг друга, образуя двойную спираль.Спираль удерживается вместе химическими связями между основаниями в центре молекулы}

Однако предложенной аналогией мы можем пользоваться только до этого момента, потому что зубчики на молнии ДНК вовсе не одинаковы. Если одним из зубчиков является основание А, то на противоположной цепочке оно может соединиться только с основанием Т. Аналогично, основание Г на одной цепочке может соединиться исключительно с основанием Ц на другой цепочке.

Это называется принципом спаривания оснований. Если А одной цепочки попытается соединиться с Ц противоположной цепочки, то тем самым оно нарушит всю целостность ДНК, поведя себя как сломавшийся зубчик в молнии.

Сохранение чистоты

Принцип спаривания оснований чрезвычайно важен для функционирования ДНК. Во время развития и даже на протяжении большей части нашей взрослой жизни клетки наших организмов продолжают делиться. Делается это, например, для того, чтобы органы увеличивались в размерах в процессе взросления ребенка. Клетки делятся и для того, чтобы заменить те, которые отмирают естественным путем. Примером этого может служить производство костным мозгом белых кровяных телец, вырабатываемых для замены тех, которые постоянно утрачиваются в ходе непрекращающейся борьбы с инфекционными микроорганизмами. Большинство типов клеток воспроизводятся, сначала полностью копируя свою ДНК, а затем разделяя ее поровну между двумя дочерними клетками. Такая возможность копирования ДНК чрезвычайно важна. Без нее дочерние клетки могли бы остаться вообще без ДНК, что в большинстве случаев делало бы их совершенно бесполезными; они были бы подобны компьютеру без программного обеспечения.

Копирование ДНК перед каждым делением клетки наглядно показывает, почему принцип спаривания оснований настолько важен. Сотни ученых целиком посвятили свои жизни исследованию того, каким образом ДНК удается копироваться настолько точно. И вот в чем суть этого процесса. Две цепочки ДНК распадаются, после чего огромное количество белков, участвующих в копировании (так называемый комплекс репликации), принимается за дело.

На рисунке 3.2 в общих чертах показано, что при этом происходит. Комплекс репликации движется вдоль каждой одиночной основной цепочки ДНК и выстраивает обращенную к ней новую цепочку. Комплекс распознает определенное основание — скажем, основание Ц — и на цепочке, которую строит, всегда располагает напротив него основание Г. Вот почему такое огромное значение имеет принцип спаривания оснований. Так как Ц обязано составить пару с Г, а А обязательно должно спариться с Т, клетки могут воспользоваться существующей ДНК как шаблоном для создания новых цепочек. В итоге каждая дочерняя клетка приобретает новую идеальную копию ДНК, в которой одна из цепочек получена из исходной молекулы ДНК, а другая только что синтезирована.

^{Рис. 3.2. На первой стадии репликации ДНК происходит разделение двойной спирали на две цепочки. Основания каждой отделенной основной цепочки служат шаблоном для создания новой цепочки. Это гарантирует, что две новые двухцепочечные молекулы ДНК будут иметь абсолютно ту же последовательность оснований, что и родительская молекула. Каждая новая двойная спираль ДНК обладает одной основной цепочкой, которая прежде принадлежала родительской молекуле (черная), и одной только что синтезированной основной цепочкой (белая)}

Даже в природе, в системе, эволюционировавшей миллиарды лет, нет совершенства, и временами механизм репликации дает сбои. Он может попытаться вставить основание Т туда, где полагается быть основанию Ц. Когда такое случается, ошибка почти всегда мгновенно исправляется другим набором белков, которые могут распознать, что произошло, извлечь неверное основание и заменить его правильным. Это называется механизмом репарации ДНК, и одна из причин, по которым он работает, заключается в том, что, когда пару составляют неподходящие для этого основания, он определяет, что «молния» ДНК не «застегивается» должным образом.