Как работают гены

Вопрос второй. Каким образом химическая молекула обеспечивает физическую форму и физиологическую активность организмов?

В период шестидесятых и последующих лет двадцатого века развитие молекулярной биологии пошло еще более бурными темпами. Открытия следовали одно за другим. Каждое поражало воображение и ставило новые вопросы. После того, как стало известно, что молекулы ДНК есть в каждой клетке каждого организма, и что у всех строение этой молекулы принципиально одинаково, встал вопрос о том, как же достигаются различия в работе разных клеток, и столь разнообразные результаты их работы?

Рис. 3. Ядро живой растительной клетки (фото автора)

Основная масса ДНК находится в ядре и никогда его не покидает (рис. 3). Что же происходит в цитоплазме клеток? Основную часть цитоплазмы составляют белки. Белков много и они разные. Почему? Ответ на этот вопрос был получен при расшифровке генетического кода.

2.3. Генетический код

Естественно весь научный мир интересовало, есть ли связь между ДНК и белками. В 1957 –1963 годах множество ученых из разных стран работали над этой проблемой. Исследовалось строение белков, изучались белки бактерий, формировалось учение о вирусах и их взаимоотношениях с клетками других организмов, синтезировались искусственно молекулы РНК и некоторые участки ДНК (Г. Гамов 1957, Ф. Крик, Л Барнет 1961, 1963, М. Ниренберг и Дж. Маттеи 1961, 1963, К. Корана 1966, и многие другие). К 1966 году связь между ДНК и белками была не только доказана, но и расшифрована.

Самым удивительным результатом этого научного штурма было установление того факта, что – код шифрования – это генетический код, является универсальным и одинаков для всех земных организмов от вирусов до человека.

На основании многочисленных работ теперь можно коротко сформулировать основные свойства генетического кода.

Генетический код – это механизм, определяющий зависимость строения белков от наследственной информации, заключенной в молекулах ДНК.

Специфика белковых молекул определяется последовательным соединением в длинные цепочки молекул аминокислот (amino acids).

Аминокислоты – это низкомолекулярные органические соединения, состоящие из углерода, кислорода, водорода и азота. Обязательными группами в них являются кислотная группа СООН и аминогруппа – NH₂.

Аминокислот, участвующих в синтезе белка – 20.

Соединение аминокислот в белковые цепочки происходит на структурах клетки – рибосомах.

План соединения аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК.

За положение одной аминокислоты в молекуле белка отвечает не один, а три нуклеотида – триплет (кодон).

Всего таких групп–сочетаний из четырех нуклеотидов по три – насчитывается 64 (4 в третьей степени). Каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами (как бы запасный вариант, обеспечивающий скорость синтеза).

Информация о расположении триплетов на молекуле ДНК переносится в цитоплазму на рибосомы с помощью молекул – информационной РНК (и-РНК, m-RNA), которая предварительно синтезируется в ядре.

Различные аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью специфических коротких молекул – транспортных РНК (т-РНК)

Источником и поставщиком аминокислот в клетки является пища.

Скорость синтеза огромна – за одну секунду в клетках образуется тысячи белковых молекул. Главная функция их – ферментативная. Ни одна реакция в клетках не происходит самопроизвольно, все контролируется ферментами. Жизнь белковых молекул недолговечна. Большинство из них живут и работают только по нескольку часов, потом распадаются и строятся вновь. Т.е. конвеер – «ДНК – РНК – белок» работает постоянно. Никто не сидит без дела. Вот поэтому главным условием существования организмов на нашей планете – это регулярное питание. Человек не исключение. В основном его белки-ферменты живут по 8 часов. Отсюда, установившееся веками трехразовое питание.

Рис. 4. Схема процесса белкового синтеза в клетках

Так осуществляется реализация той наследственной информации, которую каждый организм получает от материнского и отцовского организма в момент оплодотворения. Но ведь белки – это вещества, а конкретные признаки организма так структурны, а органы так различны по строению и функциям!

Молекулы ДНК не имеют четких разделительных знаков. С какого участка списывать информацию? Какой длины должна быть молекула информационной РНК, где начало, где конец нужного участка? И вообще существуют ли они?