Знание-сила, 1998 № 02 (848)

Удвоение ДНК — очень сложный процесс. Им управляют специальные белки, которые движутся по «винтовой лестнице» этой молекулы, как застежка по «молнии» на одежде. Продвигаясь от одного конца молекулы к другому, они «расстегивают», разделяют ее на две одиночные цепи и одновременно раскручивают сами эти цепи. По мере того как такой «расстегивающий» молекулу белок продвигается вдоль нее, позади него два других белка, иного типа, движутся по двум расплетенным и отделенным друг от друга цепям молекулы и присоединяют к свободным участкам этих цепей химические звенья, дополняющие каждую цепь снова до двойной лесенки, а затем закручивают обе получившиеся лесенки винтом. Таким образом, пока первый белок расплетает винтовую лестницу исходной ДНК, позади него непрерывно нарастают две новые винтовые лестницы, то есть две новые молекулы ДНК, в точности подобные исходной. К моменту, когда передний белок кончит расплетение всей молекулы, задние уже построят и заплетут две новые — Произойдет «удвоение».

В этом описании есть, однако, небольшая неточность. Дело в том, что в действительности два задних белка, строящих новые молекулы, работают неодинаково. Один из них всегда движется в ту сторону, что и передний, «расплетающий» исходную молекулу белок, а вот второй способен двигаться только в противоположном направлении. Поэтому ему приходится все время совершать своеобразные прыжки: сначала он приближается вплотную к переднему белку и с этого места начинает двигаться назад, строя очередной участок новой ДНК; за это время передний белок продвигается немного вперед, расчищая для него новый строительный участок; задний белок-строитель совершает прыжок, снова приближаясь вплотную к переднему, а затем опять начинает пятиться от него назад, заполняя очередной участок новой ДНК — и так до конца.

До конца — да не совсем! Поскольку описываемый белок-строитель (тот, что способен двигаться только вспять) должен каждый раз держать под контролем весь освободившийся участок строительства, ему нужны «крепежные места» на концах этого участка. Пока работа по созданию двух новых ДНК идет в основной части исходной молекулы, это требование легко выполнимо; но когда процесс такого строительства доходит до конца исходной молекулы, у белка-строителя не остается одного «крепежного места» — одна его «рука», так сказать, повисает в пустоте. И самый последний участок исходной молекулы остается недостроенным, неудвоенным. Имеются белки еще одного, третьего типа, которые этот дефектный участок отрезают.

В результате удвоение оказывается неполным — самые кончики исходной ДНК не удваиваются, а всякий раз отрезаются. И понятно, две новые молекулы ДНК, получившиеся при каждом очередном делении, должны поэтому оказаться несколько короче исходной. (У внимательного читателя в этом месте может возникнуть вопрос: не означает ли такое укорочение дочерних ДНК, что в них осталось меньше генетической информации, чем в материнской? Биологи, которые тоже задумались над этим, вынуждены были заключить, что та информация, которая содержится в концах молекул ДНК, является, по всей видимости, не нужной для жизнедеятельности клетки: это просто запасные, лишенные всякого генетического смысла, «буферные» химические звенья, призванные дать молекуле возможность укорочения без потери важной информации.)

Эти-то буферные концы ДНК (или тех хромосом, внутри которых упакованы ДНК) и есть теломеры.

А весь тот сложный процесс, который мы выше попытались грубо, но наглядно представить, можно коротко выразить двумя-тремя фразами: при каждом очередном делении клетки теломеры ее хромосом несколько укорачиваются, а обусловливается это тем, что белки, заведующие удвоением хромосом (происходящим перед всяким делением клетки), теряют свою эффективность, как только дело доходит до удвоения их концов (то есть теломер). Иначе говоря, теломеры не способны копироваться полностью, а потому каждый раз, когда клетка делится, ее теломеры теряют часть своей длины. Что немедленно подталкивает к ошеломляющему выводу: количество возможных делений клетки, то есть время ее жизни, ограничено исходной длиной ее теломер, ибо как только эти теломеры укоротятся до минимально допустимой длины, клетка утратит способность делиться — она умрет.