Центральная догма молекулярной биологии

Центральная догма мо лекулярной биологии О дин ген молекулы ДНК кодирует один белок, отвечающий за одну химическую реакцию в клетке. Открытие химической основы жизни было одним из величайших открытий био логии XIX века, получившим в XX веке немало подтверждений. В природе нет никак ой жизненной силы, как нет и существенного различия между материалом, из которого построены живые и неживые системы. Живой организм больше всего похож на крупный химический завод, в котором осуществляется множество х имических реакций. На погрузочных платформах поступает сырье и транспо ртируются готовые продукты. Где-то в канцелярии — возможно, в виде компь ютерных программ — хранятся инструкции по управлению всем заводом. Под обным образом в ядре клетки — «руководящем центре» — хранятся инструк ции, управляющие химическим бизнесом клетки (см. Клеточная теория). Эта гипотеза получила успешное развитие во второй половине XX века. Тепер ь нам понятно, как информация о химических реакциях в клетках передается из поколения в поколение и реализуется для обеспечения жизнедеятельно сти клетки. Вся информация в клетке хранится в молекуле ДНК (дезоксирибо нуклеиновая кислота) — знаменитой двойной спирали, или «скрученной лес тницы». Важная рабочая информация хранится на перекладинах этой лестни цы, каждая их которых состоит из двух молекул азотистых оснований (см. Кис лоты и основания). Эти основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин — обыч но обозначают буквами А, Г, Ц и Т. Считывая информацию по одной цепи ДНК, вы п олучите последовательность оснований. Представьте себе эту последоват ельность как сообщение, написанное с помощью алфавита, в котором всего ч етыре буквы. Именно это сообщение и определяет поток химических реакций в клетке и, следовательно, особенности организма. Гены, открытые Грегором Менделем (см. Законы Менделя) — на самом деле не ч то иное как последовательности пар оснований на молекуле ДНК. А геном че ловека — совокупность всех его ДНК — содержит приблизительно 30 000– 50 000 ге нов (см. Проект «Геном человека»). У наиболее развитых организмов, в том чи сле и человека, гены часто бывают разделены фрагментами «бессмысленной », некодирующей ДНК, а у более простых организмов последовательность ген ов обычно непрерывна. В любом случае, клетка знает, как прочитать содержа щуюся в генах информацию. У человека и других высокоразвитых организмов ДНК обвернута вокруг молекулярного остова, вместе с которым она образуе т хромосому. Вся ДНК человека помещается в 46 хромосомах. Точно так же, как информацию с жесткого диска, хранящуюся в канцелярии за вода, необходимо транслировать на все устройства в цехах завода, информа ция, хранящаяся в ДНК, должна быть транслирована с помощью клеточного те хнического обеспечения в химические процессы в «теле» клетки. Основная роль в этой химической трансляции принадлежит молекулам рибонуклеинов ой кислоты, РНК. Мысленно разрежьте двуспиральную «лестницу»-ДНК вдоль н а две половины, разъединяя «ступеньки», и замените все молекулы тимина (Т) на сходные с ними молекулы урацила (У) — и вы получите молекулу РНК. Когда необходимо транслировать какой-либо ген, специальные клеточные молеку лы «расплетают» участок ДНК, содержащий этот ген. Теперь молекулы РНК, в о громном количестве плавающие в клеточной жидкости, могут присоединить ся к свободным основаниям молекулы ДНК. В этом случае, так же как и в молек уле ДНК, могут образоваться лишь определенные связи. Например, с цитозин ом (Ц) молекулы ДНК может связаться только гуанин (Г) молекулы РНК. После то го как все основания РНК выстроятся вдоль ДНК, специальные ферменты соби рают из них полную молекулу РНК. Сообщение, записанное основаниями РНК, т ак же относится к исходной молекуле ДНК, как негатив к позитиву. В результ ате этого процесса информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается н а РНК. Этот класс молекул РНК называется матричными, или информационными РНК (м РНК, или иРНК). Поскольку мРНК намного короче, чем вся ДНК в хромосоме, они м огут проникать через ядерные поры в цитоплазму клетки. Так мРНК перенося т информацию из ядра («руководящего центра») в «тело» клетки. В «теле» клетки находятся молекулы РНК двух других классов, и они оба игр ают ключевую роль в окончательной сборке молекулы белка, кодируемого ге ном. Одни из них — рибосомные РНК, или рРНК. Они входят в состав клеточной структуры под названием рибосома. Рибосому можно сравнить с конвейером, на котором происходит сборка. Другие находятся в «теле» клетки и называются транспортные РНК, или тРНК . Эти молекулы устроены так: с одной стороны находятся три азотистых осно вания, а с другой — участок для присоединения аминокислоты (см. Белки). Эт и три основания на молекуле тРНК могут связываться с парными основаниям и молекулы мРНК. (Существует 64 молекулы тРНК — четыре в третьей степени — и каждая из них может присоединиться только к одному триплету свободн ых оснований на мРНК.) Таким образом, процесс сборки белка представляет с обой присоединение определенной молекулы тРНК, несущей на себе аминоки слоту, к молекуле мРНК. В конце концов, все молекулы тРНК присоединятся к м РНК, и по другую сторону тРНК выстроится цепочка аминокислот, расположен ных в определенном порядке. Последовательность аминокислот — это, как известно, первичная структу ра белка. Другие ферменты завершают сборку, и конечным продуктом оказыва ется белок, первичная структура которого определена сообщением, записа нным на гене молекулы ДНК. Затем этот белок сворачивается, принимая окон чательную форму, и может выступать в роли фермента (см. Катализаторы и фер менты), катализирующего одну химическую реакцию в клетке. Хотя на ДНК различных живых организмов записаны разные сообщения, все он и записаны с использованием одного и того же генетического кода — у все х организмов каждому триплету оснований на ДНК соответствуют одна и та ж е аминокислота в образовавшемся белке. Это сходство всех живых организм ов — наиболее весомое доказательство теории эволюции, поскольку оно по дразумевает, что человек и другие живые организмы произошли от одного би охимического предка