Задать вопрос      Viber      WhatsApp      Skype      E-mail      +7 (495) 714-70-90     +7 (925) 911-17-00    

Содержание книги «Человек и его Мир»

 

Рибонуклеиновые кислоты

Это линейные одноцепные молекулы с ММ от тысяч до миллионов. Последовательность нуклеотидов, или первичная структура РНК определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК-матрице при синтезе РНК. Как ДНК так и РНК состоят из нуклеотидов, включающих три мономера: углевода, фосфорной кислоты и азотистого основания. Фосфорная кислота в молекулах ДНК и РНК одинакова. Но углеводы различны: у ДНК – дезоксирибоза, а у РНК – рибоза, как различны по 1 основанию – вместо тимина (Т) в РНК урацил (У).

Транскрипция, синтез РНК на матрице ДНК, первая стадия реализации в клетке генетической информации. Считывание генетической информации начинается с разворота ДНК, освобождения от белков её участков молекулы и разделения на две нити специальными ферментами РНК - полимеразами. Это делает доступной считывание с нитей информации синтезом на генах матричных РНК (мРНК). Образовавшиеся на генах молекулы различных мРНК далее служат матрицей для синтеза, «перевода» (трансляции) информации, заключённой в мРНК, на «язык» аминокислот белков по программе генов клетки. ДНК содержится только в ядре клетки, а РНК и в ядре и может переходить в цитоплазму. В зависимости от функций и местонахождения в клетке РНК делят на три основных типа: информационные или матричные (иРНК, РНК), рибосомные (рРНК) и транспортные (тРНК).

Рис. 5.2.2. Схемы ДНК-РНК комплекса и транскрипции

Белки-ферменты участвуют в репликации, синтезе и далее осуществляют регуляцию процессов в организме. ДНК хранит информацию об их строении и организует их синтез переводом, трансляцией информации из мРНК на «язык» аминокислот. При этом одно без другого существовать не может — если нет ДНК, то неизвестно как клетка узнаёт о порядке сборки белков, а если нет белков-ферментов, то информацию о них с ДНК невозможно будет прочитать.

Поэтому возникал вопрос, что при эволюции появилось раньше -  белок или ДНК? Этот проблема курицы и яйца, долгое время вообще не имела даже теоретического ответа. Более того, эксперименты показали, что самосборка белка без участия ДНК (и РНК) невозможна. Также не вероятен самопроизвольный синтез ДНК без участия белков-ферментов. Поэтому предположение о том, что белок и ДНК появились независимо, а потом стали осуществлять совместную деятельность неправдоподобно и это является причиной сложностей принятия идеи Опарина (см. 1.4.1) о возникновении жизни на Земле. Способность молекул РНК одновременно служить и носителями информации, и катализаторами химических реакций есть основа гипотезы «мира РНК». Однако РНК была первым полимером, появившимся в Мире РНК добиологической эволюции, как? через туннели в А-ДНК соседей? но каких и откуда? (см. 2.3.4).

5.3.  Гены

Каждая клетка живого содержит информацию «обо всём организме» в форме комбинаций генов, отрезков ДНК. Ген — это участок ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов, который кодирует синтез только одного белка через мРНК (с участием тРНК и рРНК). Люди, изучая ДНК, полагали, что должны быть какие-то отличия их от животных. Но часть генов различного живого почти не отличалась. Это объяснимо, природа строила организмы от простого к сложному, а на каждом этапе эволюционно отбиралось и полисхематически сохранялось в ДНК для последующих видов наиболее полезные генетические признаки, как в бананах В-гены. Они организуют простейшие процессы в организме – питание, деление, снабжение энергией и т.д.

Клетки организма данного вида (даже принадлежащие разным тканям) содержат одинаковые по составу и количеству ДНК. В их макромолекулах находятся гены, имеющие различные размеры, кодирующие синтез только одного белка. Шифруют первичную структуру белков последовательности из трех соседних нуклеотидов (или триплеты, кодоны) в ДНК или РНК. Из комбинаций 4 азотистых оснований возможны 43 или 64 кодона, каждый из которых имеет свой код. Они и определяют наследственную информацию и синтез белков. Живое индивидуально потому, что все молекулы ДНК их клеток имеют разную последовательность кодонов, то есть несут свою информацию. Наши ДНК состоят из 3,2 млрд. нуклеотидных пар, букв генетического алфавита A, C, T и G, участков ДНК, состоящих из остатков фосфорной кислоты, сахара и информационной части одного из 4х оснований.

В диплоидном хромосомном наборе ДНК каждый ген представлен только раз, но парно, от матери и от отца. Считается, что в 46 ДНК человека содержится около 25 000 генов. Количество генов в неполовых хромосомных ДНК колеблется от 446 до 4234 и попарно почти не различается по размеру у мужчин и женщин. Исключение (пока неясное) составляет ХY-половая хромосома мужчины с 86 генами в сравнении с половой ХХ-хромосомой женщины, в которой имеется 1846 генов. Естественно, что после репликации ХХ-ДНК и синтеза белков в человеке будет преобладать (например, забота о детях, высокая Полево-половая, энергоинформационная активность и т.д.) женская генетическая линия. Вероятно, не случайно некоторые народы считают по матери (в т.ч. по митохондриальной ДНК) свой род.  Однако зачем нужна эта 20 кратная сложность женщине, или она эволюционно сохранилась, была полезна человеку? о её причине можно только гадать. Правдоподобна версия о том, выживали те, которые (мутанты) имели большее количество А-генов в половых хромосомах. Они подпитывали энергией секса пары (см.7.2) и добавляли её в слияние гамет при оплодотворении, образуя генетически более сильные ветви.

Каждая из 46 хромосом человека генами ДНК и далее через РНК участвует в синтезе всех белков организма. Размеры генов различны, что объясняет синтез многих белков и далее биоматериалов при наличии комплекта и даже одной ДНК.  Считается, что каждый ген содержит не только тот участок, в котором закодирована структура белка, но и участки, способные при необходимости «включать» или «выключать» его работу (см. 5.4). Кодирует аминокислотную последовательность каждого белка структурный ген. Поэтому все клетки с одинаковым набором хромосом, способны синтезировать различные белки: в одних клетках синтез организуют одни структурные гены, а в других иные.

Наряду со структурными ген содержит регуляторные последовательности, которые запускают или прекращают транскрипцию. Поэтому гены эукариот имеют прерывистое, мозаичное строение и состоят из участков: кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов). Их значение до конца не выяснено; возможно, они делят соседние гены на отдельные участки, т.е. регулируют размеры мРНК и далее белков в ходе их синтеза, или могут соединяться в ходе эволюции с образованием новых, прогрессирующих генов, или включают и выключают отдельные гены в ответ на потребности белка в клетке. Как размеры генов, так и число экзонов и интронов в них изменяются в довольно широких пределах. Кроме того, гены, как низкомолекулярные участки, имеют большую подвижность, чем молекула ДНК. Поэтому имеют более высокую способность к А-В-изомерным превращения (см. 2.1 и 5.4) при внешних воздействиях и определяют эпигенетическое перестроение белков и получаемых с их участием биоматериалов.

Мусор? в ДНК

Пока установлено, что, только 2-8% генов задействовано для выполнения различных известных функций. (2% якобы отвечают за синтез белков). В остальных 92-98% генов скрывается секрет нашей сложности, поскольку их функции не известны. Эта часть содержит так называемые мусорные или В-гены ДНК (см. 2.1). Иногда неправильно применяют термин мусорные ДНК, но если из 46 ДНК 2% работоспособны, то почему допустима в человеке работа всего одной ДНК? В учёном мире очень много исследуют и обсуждают проблему «мусорной» ДНК. Как полагают, в ней нет? генов, но подобный мусор имеется почти во всех организмах Земли, от плесневых грибков до человека (за исключением вирусов и бактерий). При исследовании геномов животных, стоящих на различных ветвях Древа Жизни, выяснилось, что чем сложнее устроен организм, тем меньше в его геноме доля кодирующих участков и тем больше в нём доля непонятной (мусорной) информации. И больше всего её в геноме человека! 

Исследователи выделили общие части геномов у разных видов и пришли к тому, что все животные имеют огромную часть древних спящих генов и лишь малую долю работающих. У человека эта доля составляет 2-8%, а остальное, важные, но некодирующие участки ДНК. Огромный «мусор», в сравнении с полезной частью ДНК ученых тупит. Они сравнивают эту непонятную область с Темной материей Вселенной, скрытой, но являющейся основной частью генома. Поэтому «мусорная часть ДНК» это гигантский эволюционный шлейф, тянущийся за человеком миллионы лет и бережно хранимый в кладовых клетках. Для чего же нужна мусорная ДНК? Джон Маттик выявил её «тёмную сущность» - они образуются и в РНК. Она, ранее считавшаяся нерабочей, является сетью, контролирующей работу организма. Маттик сделал вывод «…захватывающая возможность состоит в том, что есть другой слой информации, выражаемой геномом - некодирующая РНК формирует массивную и ранее непризнанную регулирующую сеть, которая управляет развитием человека».

Однако в дискуссиях и исследованиях мусора в ДНК не учтены их А- и В-формы (В.И.Иванов. А-ДНК//Соросовский образовательный журнал. 1998. № 1. С. 1-7) и А- в В-превращения генов. В организмах присутствуют «закрытые» В- или «открытые» А-ДНК, или В-А-участки и их количество переменно в тканях, органах. Нельзя получить биополимер со 100% изомерной структуры, поэтому имеются промежуточные А-В-варианты ДНК. Более вероятны преимущественно А- или В-ДНК с генами цепей, соответственно, видов: -А-А-А-В-А-А-А-А-В-А-А-, или -В-А-В-В-В-В-В-В-А-В-В-(см. 2.1). Это предполагает вкрапления в А-ДНК  В-генов и наоборот. Поэтому в ДНК имеются части как преимущественно «открытых» спиральных А-, так и «закрытых» В-генов, которые и отнесены к мусорным генам.

Они закрыты как от приёма, так и передачи информации извне, но организуют синтез примерно одних и тех же β-белков. В-гены способны к приёмопередаче примерно одних и тех же простейших Полевых сигналов регуляции метаболизма, деления, инстинктов и пр. только внутри организма, на что резервировано до 92-98% В-части генома. Это возможно, поскольку нет 100% В- или А-генов, в каждом из них обязательно имеются «вкрапления» А- или В-витков (им соответствуют мозаичные гены). В В-генах типа -В-В-В-В-В-В-А-В-В-В-В-В-В- обмен простой информацией в тканях обеспечивают А-витки. А-гены, наоборот, имеют А- и мало В- витков. Кроме В- или А-генов имеются смешанные -А-В-А-В-В-А-формы.

Это указывает на синтез α- и β-белков, соответственно, на А- или В-генах. На нечётном количестве пар (11) нуклеотидов витка А-генов возможен синтез симметричных относительно одной водородной связи спиральных α-белков (рис. 3.1). На чётных парах (10) азотистых оснований витка В-генов получаются две межмолекулярные водородные связи и ими жёстко фиксируются складки β-белков.  Поэтому на мусорных В-генах синтезируется преимущественно складчатые β-белки, на А-генах, соответственно, гибкие спирали α-белков, а на смешанных А-В-витках генов – нерегулярные α-β-белки (рис. 3.1).

Рассмотренное молекулярно-химически согласуется с представлениями о дискретных, «мозаичных» генах, состоящих из кодирующих экзонов (аналоги А-) и интронов (В-витков). Считают, что у эукариот основой организации генов являются кластеры, как группа родственных генов со сходными функциями, размещённая в определенных участках хромосом (аналогия с блоками преимущественно А- и В-генов). Полагают, что в кластер входят активные гены (блоки А-витков) и псевдогены (блоки В-).