Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Живые организмы являют удивительное разнообразие почти во всех отношениях. Что могло бы разниться сильнее, чем тигр и морская водоросль или бактерия и дерево? Еще наши предки, ничего не зная о клетках и ДНК, осознавали, что все сущее имеет что-то общее. Это «что-то» они назвали «жизнью». Изумляясь ей, они изо всех сил старались дать ей точное определение и отчаивались в попытках объяснить в понятиях, от носящихся к неживой материи, ее суть и устройство. Открытия ХХ века ничуть не умалили это чудо — совсем наоборот. Однако они приоткрыли завесу тайны, окружающей природу жизни.
Теперь мы знаем, что все живые существа построены из клеток и все эти единицы живой материи имеют общие механизмы реализации большинства основных своих функций. Хотя живые существа представляются нам бесконечно разными, когда рассматриваются с внешней стороны, их внутреннее устройство по сути едино. Вся биология— контрапункт между двумя темами: поразительным разнообразием в отдельных деталях и удивительным постоянством в фундаментальных механизмах.
Первую главу этой книги мы начнем с особенностей, которые универсальны для всех живых существ. Затем кратко рассмотрим разнообразие клеток и увидим, что благодаря общему коду, которым написаны инструкции для всех живых орта низмов, мы можем читать, соизмерять и расшифровывать эти инструкции, с тем чтобы прийти к ясному пониманию основ всех форм жизни — от самой маленькой до самой большой. 1.1. Универсальные особенности клеток на Земле По оценкам ученых, сегодня на Земле существует более 10 миллионов, а воз можно, даже 100 миллионов видов организмов. Каждый вид отличен от других и каждый воспроизводит себя в точности, давая потомство, которое принадлежит к тому же самому виду: родительский организм передает следующему поколению информацию, определяющую, с точностью до малейших деталей, характеристики, которые должен иметь потомок.
Это явление — наследственность — образует тот стержень, вокруг которого строится определение жизни: оно отличает жизнь от других процессов типа роста кристалла, или горения свечи, или формирования волн на воде, в ходе которых производятся упорядоченные структуры, но единообразного типа связи между особенностями родителей и особенностями потомка здесь нет. Подобно пламени свечи, живой организм должен потреблять свободную энергию, чтобы создавать и поддерживать свою органиэацию; но в организме свободная энергия питает чрезвычайно сложную систему химических процессов, происходящих при реализации наследственной информации. Большинство живых организмов представлено одиночными клетками; другие, такие как мы с вами, являются огромными многоклеточными сообществами, в кото рых отдельные группы клепж выполняют специализированные функции и связаны между собой сложньгми системами связи.
Но во всех случаях, обсуждаем ли мы обособленную бактерию или совокупность более чем 10'з клеток, которые образуют тело человека, организм полностью формируется за счет многочисленных делений клеток и берет начало от одной-единственной клетки. Так что клетка исполняет роль транспортного средства для хранения и передачи наследственной информации, характеризующей вид (рис. 1.1).
И, будучи хранителем и носителем этой инфор мации, клетка включает в себя механизмы, позволяющие не только «добывать» из окружающей среды сырье, но и строить из него по своему образу и подобию новую клетку, укомплектованную свежей копией наследственной информации.
И такой способностью обладает не только клетка. Й М И е) а) Рис. 1.1. Наследственная инвормация в оплодотворенной яйцеклвтке определяет природу целого многоклеточного организма. а, б) Яйцеклетка морского ежа дает начало морскому ежу. е, г) Яйцеклетка мыши порождает мышь. д, е) Яйцеклетка морской водоросли Еисоз дает жизнь морской водоросли гнсиз. гснимок а — предоставлен Оатв Мсоа)с б — любезность М. СЯЬЬз, Ок)оп) ваепббс Л1 газ; е — с разрешения Ратпс!а Са)а ко, из статьи б, Магбп, 5аепсе 209: 768-776, 1980. Ю ААА5; г — любезность О. Нешгпап, Ок)огд 5с ептйс Я)пн; д и е — с позволения Соуп Вгошп1ее.) 1.1.1. Все клетки хранят свою наследственную информацию в единообразном линейном химическом коде (ДНК) Компьютеры познакомили нас с понятием информации как измеряемой вели чины — миллион байтов (соответствующих приблизительно 200 страницам текста) умещается на дискете, 600 миллионов — на лазерном диске и так далее.
Наряду с этим, они убедили нас в том, что разнообразие при записи одной и той же инфор 1 1. Универсальные особенности клеток на Земле 3 мации — далеко не идеальная форма для ее использования. Документ, который написан на компьютере одного типа, может оказаться недоступным для чтения на машине другого типа. По мере того как компьютерный мир эволюционирует, диски и ленты, которые мы применяли для создания наших электронных архивов, скажем, лет 10 назад, на современных машинах становятся нечитаемыми. Подобно компьютерам, живые клетки обмениваются информацией, не прекращая эволю ционировазь и дифференцироваться, по оценкам ученых, на протяжении вот уже более чем 3,5 миллиардов лет.
Едва ли кто ожидал, что все клетки хранят свою информацию в одной и той же форме или что архивы клетки одного типа читаются механизмами обработки информации, присущими клетке другого типа. Но ока зэлось, что это действительно так. Все клетки на Земле — не известно ни одного исключения — хранят свою наследственную информацию в форме двухцепочечных (двунитевых) молекул ДНК вЂ” длинных неразветвленных спаренных полимерных цепей, всегда образованных из одних и тех же четырех мономеров: А, Т, С, О. Эти мономеры связаны в длинную линейную последовательность, которая кодирует генегическую информацию точно так же, как последовательность единиц и нулей ко дирует информацию в компьютерном файле.
Мы можем взять часть ДНК из клетки человека и вставить ее в бактерию или, наоборот, взять часть бактериальной ДНК и вставить ее в клетку человека — и в обоих случаях информация будет успешно читаться, интерпретироваться и копироваться. С помощью химических методов ученгяе могут прочитать полную последовательность мономеров в любой молекуле ДНК вЂ” вплоть до миллионов нуклеотидов — и таким образом расшифровать на следственную информацию, которую содержит любой организм.
1.1.2. Все клетки воспроизводят свою наследственную информацию посредством матричной полимеризации Чтобы постичь механизмы, которые лежат в основе жизни, необходимо понять структуру двухцепочечной молекулы ДНК. Каждый мономер в единичной цепи ДНК вЂ” то есть каждый нуклеотид — состоит из двух частей: сахара (дезоксирибо зы) с прикрепленной к нему фосфатной группой и азотистого основания, которым может быть аденин (А), гуанин (О), цитозин (С) или тимин (Т) (рис. 1.2). Каждое сахарное звено связано со следующим через фосфатную группу, благодаря чему образуется полимерная цепь, состоящая из цепочки повторяющихся сахаро-фосфатных звеньев с выступающими из нее основаниями.
Полимер ДНК наращивается путем присоединения мономеров к одному из концов. К одной отдельно взятой нити ДНК они, в принципе, могли бы добавляться в любом порядке, потому что каждый мономер связывается со следующим одним и тем же способом — через ту часть молекулы, которая одинакова для всех звеньев. Однако в живой клетке действует следующее ограничение: ДНК синтезируется не в виде свободной обо собленной цепи, но на матрице, которой служит уже существующая нить ДНК. Основания, расположенные на существующей нити, связываются с основаниями синтезируемой нити согласно строгому правилу, определяемому взаимно компле ментарной структурой оснований: А связывается с Т, а С связывается с О. Такое спаривание оснований удерживает новый мономер в соответствующем месте и тем самым обеспечивает правильный выбор следующего, одного из четырех, моно мера, который должен быть добавлен к растущей цепи.
Таким образом создается двухцепочечная структура, состоящая из двух в точности комплементарных друг 4 Часть 1. Введение в мир клетки а) структурное звено ДНК г) двужизючмвмя ДНК сахар +ф б) цмьдНК сахврофосфатныд сзрепленные водородная оспж свюью пары основания д) двойная спираль ДНК е) матричная полимвризация наезд цепи Рис.
1 2. ДНК и ее структурные звенья. а) Молекула ДНК построена из простых субъединиц, называемых нуклеотидами; каждый нуклеотид состоит из саха рофосфатного звена с прикрепленной к нему боковой группой — азотистым основанием. Основания представлены четъгрьмя типами (эден ни, гуан ни, цитозин и тимин), которые соответствуют четырем различным нуклеотидам, обозначаемым буквами А, 6, С и Т. б) Одноцепочечная ДНК состоит из нуклеотидов, соединенных меягду собой сахаро-фосфатными мостиками. Обратите внимание, что отдельно взятое сахарофосфатное звено нуклеотида асимметрично, что придает цепи ДНК определенную направленность, или полярность. Зта полярность направляет молекулярные процессы, посредством которых заложенная вДНК информация интерпретируется и копируется в клетках: информация всегда ксчитывается» в определенном порядке — так же как английский текст читается слева направо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
