Мой неповторимый геном

В своей ставшей бестселлером книге «Двойная спираль» Уотсон красочно описал, как он часами возился с молекулярными моделями ДНК, складывая так и эдак 4 азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т), из которых построена молекула ДНК, и в какой-то момент сообразил, как должны располагаться эти «кирпичики» относительно друг друга, чтобы между ними образовались пары, одинаковые по размерам вдоль всей полимерной цепи ДНК. Вывод был таков: А соединяется с Т с помощью двух слабых водородных связей, G с С — с помощью трех. Основания повернуты «лицом» друг к другу и «смотрят» в глубь структуры, а их сахарофосфатные «довески» располагаются по периферии, образуя ее остов. Две полимерные цепочки обвиваются одна вокруг другой, формируя двойную спираль — биологическую «винтовую лестницу».

Свое великое открытие Уотсон и Крик совершили в ходе изматывающей гонки с легендарным Нобелевским лауреатом американцем Лайнусом Полингом из Калифорнийского технологического института. Было трудно поверить, что молодые ребята, пусть даже из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, обойдут Полинга, но тот увлекся идеей скручивания в жгуты открытой им ранее а-спирали, и отодвинул ДНК на второй план.

Раскрыть секрет структуры ДНК было не легче, чем взойти на Эверест. Но когда это удалось, стало очевидно, что именно ДНК, а не белки, является носителем генетической информации, а помимо того, выяснилась ее химическая структура. Это было очень важно для понимания механизма действия генетической машины и способа передачи наследственности от поколения к поколению.

На первый взгляд этот механизм кажется совершенно загадочным и даже мистическим. В самом деле: в ядре всех клеток содержится одинаковый набор генов — единиц наследственности, сам по себе неизменный и статичный, но порождающий изменчивый и динамичный живой организм. Геном человека — совокупный наследственный материал — состоит из 46 разных хромосом (точнее, 23 пар хромосом), каждая из них содержит одну двухцепочечную молекулу ДНК. Таким образом, весь генетический материал каждой клетки человеческого организма распределен между 23 парами хромосом: 22 парами аутосом и одной парой половых хромосом (Х и Y). Геном можно уподобить пчелиной матке. Она упрятана внутри пчелиного домика, где за ней ухаживают рабочие пчелы, и откуда она через своих подданных разного рода контролирует жизнь всего сообщества. Геном тоже находится глубоко внутри своего «жилища» — в ядре клетки — и отдает приказы другим клеточным структурам через молекулы-посредники.

Гены, входящие в состав генома, ничего не делают, они просто существуют. Но заключенная в них информация материализуется в очень важные биологические молекулы — белки, «рабочие лошадки» любого организма и его строительные блоки. Они обеспечивают жизнедеятельность каждой клетки и организма в целом.

Мы не только состоим по большей части из белков, но и функционируем благодаря им. Ферменты — биологические катализаторы, рецепторы — структуры, отвечающие за разного рода коммуникации, — все это белки. Короче говоря, белки в нашем теле везде и всюду, и каждый, даже самый маленький, собран по кусочкам в соответствии с инструкциями, записанными в кодирующем его гене.

Процесс трансформации генов в белки организован так же четко, как балетный номер. Каждая из наших 46 хромосом содержит длинную, нигде не прерывающуюся молекулу ДНК. Представим себе протяженную двойную спираль с зубчиками, как у молнии, — основаниями А, G, C и Т, сцепленными попарно. Во время синтеза белка «молния» расстегивается в том месте, где находится кодирующий данный белок ген, и особые ферменты начинают считывать заключенную в нем информацию. Этот процесс сопровождается последовательным присоединением друг к другу аминокислот — мономерных единиц белковых молекул, в результате чего образуется РНК — «двоюродная сестра» соответствующего сегмента ДНК, слегка отличающаяся от последней своими мономерными звеньями.

Полученная таким образом копия гена называется матричной РНК (мРНК). Она выходит из ядра в цитоплазму (жидкостное клеточное содержимое), где ее ждут белковые «фабрики» — рибосомы, состоящие, в свою очередь, из разнообразных белков. Они осуществляют так называемую трансляцию — перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Переводом «дирижирует» генетический код — свод правил, определяющих соответствие между так называемыми кодонами — тройками азотистых оснований — и аминокислотами. Каждому кодону отвечает одна — и только одна — аминокислота, следовательно, каждая мРНК кодирует один — и только один — белок. Предположим, что вы имеете нуклеотидную последовательность из трех С, за которыми идет тройка AGG и далее — АСА. В переводе на язык аминокислот это означает последовательность пролин-серин-треонин.