Письмо 4.

Вася! Теперь я хочу объяснить тебе смысл слов "хромосомы" и "гены", которые ты наверняка слышал. В сказке "Обыкновенное чудо" есть добрейший король, который все время совершает всякие злодейства, и говорит, что во всем виноваты гены и хромосомы, доставшиеся ему от предков. Это он врёт, конечно: сам он и виноват.

Но и у него, и у любого другого человека каждая из 46 молекул ДНК в шарообразном ядре-флешке любой клеточки находится не в голом виде, а очень даже прилично "одета". "Одеждой" служат многочисленные белки. Про белки, Вася, ты, конечно, тоже слышал, но, наверно, не скажешь, что это такое. Тогда я поясню.

Каждая молекула белка - это тоже цепочка, но составленная не из пластиночек (нуклеотидов), как цепь ДНК, а из маленьких шариков (аминокислот). Эти шарики, конечно, тоже прочно скреплены друг с другом. А составленная из них цепочка чаще всего свернута тоже во что-то, похожее на шар, - но, естественно, большего размера, чем шарики-аминокислоты.

Вообще говоря, Вася, белки - это чрезвычайно важные и разнообразные вещества. Чем только они не занимаются в твоем (и во всяком ином) организме! Любое событие в клетке происходит только благодаря им и при их непосредственном участии. Сейчас было бы очень долго и не вполне понятно для тебя, если я стал бы перечислять, для чего нужны всевозможные белки. Пока скажем коротко: они нужны для всего!

И вернемся к тем белкам, которые "одевают" молекулы ДНК. Белки, по сравнению с молекулами воды, - очень большие молекулы. А по сравнению с молекулами ДНК, белки - очень маленькие. И поэтому в белковой "одежде" одной молекулы ДНК - чрезвычайно много (чуть ли не до миллиона!) белковых молекул.

Так вот, Василий, запомни: хромосома - это молекула ДНК в своей белковой "одежде". Тогда сколько у нас получается хромосом в ядре каждой клеточки? Правильно: тоже 46.

Белки же, связанные с ДНК, называют хромосомными - чтобы отличить их от множества других белков.

Белки хромосомы (как и все прочие) очень важны: без них ДНК была бы совершенно беспомощной: не могла бы ни удваивать свое количество перед делением клеточки, ни вообще сколько-нибудь долго существовать в неделящейся клеточке. И нам, Вася, трудно прожить без одежды (в конце концов, можем замерзнуть), а ДНК без её белков - и вовсе не жизнь!

Тем не менее, ДНК - конечно, главная в хромосоме. Ведь, как мы уже говорили, именно в молекулах ДНК содержится информация о том, каким быть нашему организму.

И вот теперь, дорогой Вася (эй, не спишь ли ты уже?), начнем разбираться в том, что конкретно записано в этой информации.

О, это очень непростой вопрос, и, похоже, даже самые преученые ученые до конца не понимают, как тут все это записано. Например, сколько клеточек должно быть в Васином организме сейчас, и сколько будет у совсем взрослого Васи? И какая часть клеток взрослого Васи будет помогать ему думать, какая часть клеток окажется в его мышцах, а какая - в каком-нибудь еще необходимом органе?

Но кое-что уже давно известно. И самое важное - от информации, записанной в ДНК, зависит, какие конкретно белки находятся и неустанно трудятся в клеточках организма.

Вася, представь огромную записную книжку. Она столь огромна, что состоит не из одного тома, а из 23 томов. И для гарантии каждый том представлен в двух одинаковых экземплярах. То есть всего 46 томов, или две одинаковые 23-томные записные книжки.

Так вот, одна молекула ДНК - это один из томов этой книжки. И каждому виду белков в организме посвящена одна страница (или файл) в определенном месте определенного тома каждой книжки. Сложно все это представить, Вася? Ничего, ты еще подумаешь и представишь. Но вначале я закончу все-таки мысль: ген (помнишь, король жаловался на гены, доставшиеся ему от предков?), так вот, ген - это и есть, условно говоря, страница (файл), т.е. участок ДНК, с информацией об одном из белков.

Теперь, Василий, еще прочитай один-два раза это мое письмо - и, надеюсь, ты все поймешь.

Письмо 5

Итак, Вася, в каждой клеточке нашего организма, а конкретно - в её ядре, содержится 46 томов - два экземпляра 23-томной записной книжки (ничего себе книжечка, не правда ли?).

Каждый том - это хромосома: её белки образуют как бы обложку тома, а длиннющая молекула ДНК - страницы текста.

Тома одной "записной книжки" по размеру и числу страниц - неодинаковые: есть потолще, есть потоньше. Но всё равно в каждом томе - порядка одной-трех тысяч страниц.

Ты сейчас очень сильно удивишься, Вася. Не менее половины этих страниц, как кажется, заполнены бессмысленной чепухой и никогда не читаются. На других же страницах - четкий, разборчивый текст, записанный всего четырьмя буквами (А, Г, Т и Ц), причем количество знаков в тексте на разных страницах различное.

Как я сказал в конце предыдущего письма, каждая такая страница представляет собой сравнительно небольшой участок молекулы ДНК, содержит информацию об одном из белков и называется гЕном.

Ученые до сих пор спорят, сколько генов у человека?

Но они имеют в виду не совсем-совсем общее количество генов во всех клеточках организма вместе: это просто огромнейшая величина. Нет, речь о том, сколько разных генов в ядре одной клеточки человека. Пока, вроде, остановились на цифре 30 тысяч.

Ва-а-ся, как ты? Еще что-нибудь понимаешь? Может быть, ты устал и вообще это - не для тебя? Скажи честно, и я перестану тебя мучить.

Если же ты, Вася, еще не сдаешься, то давай теперь обратим внимание на такое дело. Эти 30 тысяч генов содержатся, в частности, в ядре любой клеточки сердца и любой клеточки мозга. Собственно, о том же я говорил еще во втором письме. Помнишь, я сказал тогда, что все клеточки организма содержат в своем ядре-флешке совершенно одинаковую информацию?

Но почему в таком случае клеточки отличаются друг от друга? Почему клеточки сердца не похожи на клеточки мозга, если в хромосомах и тех, и других - одинаковые полные наборы всех генов?

А все дело в том, что каждый ген может находиться в двух состояниях - активном и неактивном. В первом случае его информация используется для постоянного образования кодируемого им белка. Когда ген неактивен, белок не образуется.

В клеточках сердца должны содержаться белки, необходимые для сокращения: ведь это основная забота сердца. Значит, гены этих белков должны быть активны.

А в клеточках мозга нужны другие белки - для думания. И поэтому здесь должны быть активны другие гены. Гены же белков, нужных для сокращения, здесь должны быть выключены.

Так что самое главное, что необходимо каждой клеточке, - это уметь управлять активностью своих генов. От этого зависит, какую "профессию" приобретет клеточка. А ведь известно, что "все профессии нужны, все профессии важны!".

Как же клеточки включают или выключают свои гены? Вообще говоря, используются разные способы. Я расскажу только об одном способе. У него очень мудреное название (пишу по слогам):.ме-ти-ли-ро-ва-ни-е ДНК.

Но об этом, конечно, в следующий раз. Если, конечно, Вася, тебе это интересно.

Письмо 6

Вася, вначале отвечу на твои три вопроса,

1) Что было бы с тобой, если у тебя было бы все, кроме ДНК?

Без ДНК твои клеточки не знали бы, какие белки им образовывать.. И были бы полная неразбериха и хаос вместо нынешнего Васи.

2) Мог ли вместо тебя родиться другой человек?

Мог – и запросто! Появление на свет любого конкретного человека – именно его, а не кого-то другого, пусть и похожего на него, но всё же другого, - дело случая. Все зависит от того, какие гены получает новый организм от мамы и от папы. А тут могут быть различные варианты.

3) Как ученые все это узнали?

  • знания (не обязательно о генах, а вообще любые) ученые могут получить тремя основными способами: путем наблюдения, вычисления и экспериментов. Конечно, в разных случаях – по разному: не все можно вычислить, не все можно наблюдать и не всегда возможен эксперимент. Как ученые узнали о том, что я рассказывал, - это очень долгая история, в которой нашлось место всем трем перечисленным мною методам.

А теперь вернусь к тому, чем закончилось 5-е письмо. Помнишь, речь шла о том, что, чтобы клеточка могла стать полноценной частью какого-то органа, она должна уметь управлять активностью генов своих хромосом.

Иными словами, в двух своих 23-томных записных книжках клеточке надо одни страницы (гены) или даже целые тома (хромосомы) сделать недоступными для чтения. А для других страниц или целых томов, наоборот, обеспечить легкое прочтение.

В этих целях клеточки используют разные способы. Я обещал рассказать об одном из них:

ме-ти-ли-ро-ва-ни-и (метилировании) ДНК, потому что когда-то очень давно делал по этой теме научную работу.

Как ты, Вася, конечно, хорошо помнишь, молекула ДНК состоит из двух очень длинных цепей, построенных из пластинок-нуклеотидов четырех видов (А, Г, Т, Ц). В каждой цепи пластинки связаны друг с другом прочными скрепочками. Сами же цепи удерживаются вместе за счёт того, что против пластинки А одной цепи находится пластинка Т второй цепи, а против пластинки Г – пластинка Ц.

Это у нас уже все было. Но теперь я добавлю следующее.

А) Притяжение пластинок в парах А-Т и Г-Ц таково, что оно достаточно для удержания цепей рядом, но его при необходимости можно преодолеть и отделить цепи друг от друга.

Например, это требуется при удвоении ДНК , о чем мы тоже уже знаем.

Б) Для того, чтобы прочитать информацию , которая записана в каком-нибудь гене, тоже надо на время отделить цепи друг от друга. (О том, как записана информация и как она считывается, мы при желании поговорим в другой раз.)

в) Метилирование ДНК – такая химическая реакция, в результате которой к пластинке-нуклеотиду Ц присоединяется так называемая метильная группа. Она очень небольшая ((в ней всего 4 атома), но она усиливает силу притяжения в паре Г-Ц..

г) Поэтому если на каком-то участке ДНК прометилировано 10-15 пластинок Ц,, это существенно затрудняет расхождение цепей ДНК. Следовательно, считывание информации с генов, оказавшихся в таком состоянии, фактически заблокировано.

Таким образом, метилирование ДНК тормозит активность генов.

Но, видимо, клеточки используют этот прием для торможения не всех генов, а только для определенной их категории.

Но об этом – в другой раз.