Автономія - досьє раку
Відео: Анджеліна Джолі вмирає від раку останні фото 2016
Подальший етап, теоретично допустимий, не отримав, проте, лабораторного підтвердження. Деякі біохіміки, в тому числі Девід Грін, схильні відносити його скоріше до галузі фантастики, ніж до науки. Ми не поділяємо думку тих, хто, визнаючи, що існує величезна прірва між «первинним бульйоном», в якійсь мірі відтвореним в пробірках хіміків, і першою клітиною, проте вважає, що був етап освіти систем, близьких до самовідтворюються. Закінчився він освітою перших організмів.
На думку вчених, це сталося близько трьох мільярдів років тому. Ми можемо судити про структуру цих організмів тільки на підставі скупчення «кульок», які утворюють деякі мікроіскопаемие докембрийского періоду, відкриті палеонтологами в Свазіленді (на півдні Африки). Як вважають, вони близькі до сучасних найпростішим організмам, бактеріям.
Ці організми - предтечі справжніх клітин. Відомі два типи клітин, що відображають два етапи еволюції: прокаріоти, ядро яких позбавлено мембрани (до них відносяться бактерії, одноклітинні сині водорості), і еукаріоти, мають ядро, відокремлене від протоплазми мембраною: деякі еукаріоти представлені у вигляді автономних організмів (найпростіші, гриби) , інші входять до складу багатоклітинних організмів.
Прикладом клітини прокаріотів може служити бактерія, передбачена Пастером і описана Хансеном в 1874 р Вона оточена оболонкою, яка захищає клітину від ударів і зовнішніх впливів і складається з молекул вуглеводів і поліпептидів. Саме на оболонку клітини діє пеніцилін, перешкоджаючи її утворення. Під оболонкою бактеріальну клітину оточує напівпроникна мембрана. Вона оберігає цитоплазму, в яку занурені органели, в тому числі ядро- останнім на відміну від ядра клітини еукаріот не має чітких меж і не відокремлене від цитоплазми мембраною. При розгляді в електронний мікроскоп ядро виглядає як сітка, у вигляді якої проектується згорнута в клубок ланцюг дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Ланцюг ДНК представлена однією молекулою довжиною понад 1 мм з високою молекулярною масою (понад два мільярди дальтон). Цитоплазма містить також інші органели, в тому числі рибосоми. Останні наполовину складаються з молекул рибонуклеїнової кислоти (РНК), наполовину з білків. Рибосоми беруть участь в біосинтезі білків. До складу цитоплазми входять елементи, що відрізняються від ядра, але включають ДНК. Ці елементи звуться плазмід.
Дослідження бактерій дозволили значно просунутися в області генетики (науки про повну передачу інформації материнської клітиною двом дочірнім в процесі ділення) і в розумінні структури і функції не тільки самої клітини, але і її основних органоїдів.
Величезні молекули в «первинному бульйоні» - це нуклеїнові кислоти і білки, що складаються з великого числа атомів (чим пояснюється різноманітність їх структури). Насправді ці молекули не що інше, як полімери, в які збираються невеликі молекули, або мономери (нуклеотиди - в складі нуклеїнових кислот, амінокислоти - в складі білків).
Деякі органічні полімери, такі, як целюлоза, складаються з однотипних, наступних один за одним мономерів, специфічні ж полімери, до числа яких відносяться нуклеїнові кислоти і білки, утворюються з багатьох мономерів, представлених різними групами. У тому випадку, якщо це білки, вони забезпечують структурні і функціональні властивості клітини, а якщо нуклеїнові кислоти, то вони зберігають і реалізують інформацію. Групи мономерів в хімічних полімерах можна порівняти з групами букв в слові.
«Алфавіт» білків складається з 20 різних амінокислот, а одна білкова молекула може містити їх тисячі. Кожен білок характеризується певною послідовністю амінокислот.
«Алфавіт» ДНК і РНК в своєму розпорядженні всього чотирма структурними одиницями, чотирма нуклеотидами. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, фосфату і вуглеводу, дезоксирибози в ДНК і араб -gt; в РНК. Цукор і фосфат формують остов, а чотири підстави (А - аденін, Г - гуанін, Ц - цитозин і Т - тимін в разі ДНК А, Ц, Т і У - урацил - в разі РНК) порядком свого чергування визначають специфічність інформації.
Як припустив в 1944 р Евері, ДНК несе в клітці спадкову інформацію. За спостереженням цього ж ученого в 1953 р, ДНК, виділена з однієї бактерії, здатна включатися в іншу і передати їй деякі властивості бактерії-донора, властивості, які клітина реципієнт передає своєму потомству.
Отже, саме ДНК зберігає в собі генетичну інформацію, а не білки, які тільки відображають її в структурі і в функції (як вперше припустили в 1940 р Браше і Касперсоном). ДНК - складова частина генетичної одиниці, гена. Цей термін понад 100 років тому запропонував монах з Богемії Грегор Мендель для пояснення різновиди передачі ознак гороху в експериментах по гібридизації, які він проводив на цих рослинах. Ген і сьогодні прийнято вважати генетичної одиницею, яка відтворюється в незмінному вигляді при кожному діленні клітини.
ДНК містить генетичний матеріал і механізм управління. Значною мірою завдяки дослідженням бактерій з`явилася можливість спостерігати подвоєння ДНК при діленні клітини і етапи, які дозволяють клітинам проявити специфічність одержуваної спадкової інформації у вигляді збереження індивідуальності структури і функції білків.
Генетична спадкоємність в процесі поділу клітини пояснюється не тільки хімічної, але і фізико-хімічною структурою ДНК, розкритої в 1953 р Уотсоном і Криком. Нуклеотиди з`єднані так, що утворюють довгий ланцюг, що складається з двох полімерних ниток, скручених одна навколо іншої і утворюють подвійну спіраль. Остов кожної нитки складається з груп фосфатів, які чергуються з молекулами цукру (дезоксирибози), з якими пов`язані підстави А, Т, Г, Ц, розташовані різними групами. Групи підстав двох ниток комплементарні один одному (кожен Г однієї нитки обов`язково пов`язаний з Ц інший, а кожен А - з Т). Обидві нитки спіралі залежать один від одного. При реплікації (подвоєння молекул ДНК), маючи всю необхідну інформацію про форму груп підстав, вони розходяться. З цього моменту заснування кожної нитки вільні і можуть привернути до себе підстави додаткових нуклеотидів, служачи матрицею для отримання другої додаткової нитки. Так, одна подвійна спіраль шляхом подвійного копіювання народжує дві подвійні спіралі, ідентичні початкової і один одному. У цьому подвоєнні ДНК є тільки матрицею, формою для зняття слепка- вона один з каталізаторів біохімічних ферментативних реакцій. Фермент, керуючий репликацией, називається ДНК-полімеразою.
Діяльність генів не обмежується подвоєнням ДНК. Вони керують функціями клітин, пов`язаними, як ми бачили, зі специфічністю білків, т. Е. До послідовності розташування амінокислот. Молекула ДНК не служить безпосередньо матрицею для виробництва білків. Це відбувається в цитоплазмі, зокрема в рибосомах - дрібних структурах, свого роду «Мініфабрика» білків клітини.
Інформація, укладена в ДНК, передається з ядра в рибосоми за допомогою РНК, званої «інформаційної» * (вона була відкрита Спігелменом і Франсуа Гро в 1960 г.). Передача інформації відбувається від ДНК на РНК, і цей етап називається транскрипцією. Хоча РНК складається тільки з одного ланцюга (і називається «одноцепочечной»), її хімічна структура дуже близька структурі ДНК (відмінність в тому, що тимін в ній замінений на урацил). Її генетична інформація міститься в групах чотирьох підстав, відтворення яких пояснюється справному комплементарних (додаткових) підстав з основами ДНК. Ця реакція потребує фермент, РНК-полімерази. Для кожного гена копіюється лише одна з двох ланцюгів ДНК.
* На існування в клітинах інформаційних, точніше матричних, РНК (мРНК) вперше вказали радянські біохіміки - акад. А. Н. Білозерський і акад. А, С. Спірін.- Прим. ред.
Щоб знайти свої групи, амінокислоти, складові білки, не фіксуються прямо на підставах інформаційної РНК. Вона тільки управляє їх складанням в процесі дуже складного явища «трансляції» (переведення), який потребує участі іншого виду РНК, званої транспортної, або тРНК. Остання відіграє роль пріспособітель (адаптора). Її молекула одночасно специфічна певної амінокислоті і особливій групі з трьох нуклеотидів, званої кодоном інформаційної РНК (отже, ця специфічність визначається трьома нуклеотидами). Саме на рівні рибосоми комплекс тРНК - амінокислота зустрічає інформаційну РНК, яка фіксується на частини рибосоми і представляє там свій перший триплет нуклеотидів. Останній прив`язує комплекс амінокислота - тРНК, три нуклеотиду якої (антикодон) розпізнаються цим кодоном кодону. Інформаційна РНК переміщається в надра рибосоми і представляє другий триплет, який прив`язує другий комплекс амінокислота - тРНК. Дві підведення амінокислоти послідовно з`єднуються. Процес триває до витрачення триплетів інформаційної РНК, і всі амінокислоти, принесені тРНК, прикріплюються один до одного в порядку, визначеному інформаційної РНК для утворення білка специфічною структури.
Правило, за яким послідовність амінокислот визначається послідовністю розташування нуклеотидів, називається генетичним кодом- його відкрили Уотсон і Крик в 1962 р Клітка має всього чотирма нуклеотидами в «алфавіті» ДНК і РНК, а для виробництва своїх білків вона використовує 20 різноманітних амінокислот. Як було показано, місце розташування кожної амінокислоти в даному білку точно визначено за допомогою одного триплетів з трьох нуклеотидів (кодон на інформаційної РНК і антикодону - на транспортній РНК). Відомі відповідності між триплетами нуклеотидів і амінокислотами. Так як за допомогою чотирьох букв можна скласти 4x4x4 = 64 слова з трьох букв і так як є тільки 20 амінокислот, можна зробити висновок, що для більшості амінокислот існує кілька різних записів (прийнято говорити, що код «вироджених»). З іншого боку, три триплета (УАА- УАГ і УГА) не містять в собі ніякого сенсу і грають роль свого роду знаків пунктуації.
Зміна однієї літери в кодоні може відтворити нове слово, але що означає іншу амінокислоту. Наприклад, УГУ означає цистеїн, а УГГ - триптофан (дві різні амінокислоти). Отже, мутація, або різка зміна одного-єдиного нуклеотиду ДНК, може змінити тип білків, синтезованих клітиною.
Білки в залежності від послідовності розташування амінокислот є структурною основою своєрідності клітин не тільки безпосередньо в якості її матеріалу і не тільки в якості ферментів (окремі приклади яких вже наводилися) - вони беруть участь і в специфічній діяльності деяких генів.
Далеко не всі гени - діючі. Ті, які такими не є, пригнічені білками ядра- самі ж білки знаходяться під контролем генів-регуляторів, специфічних для кожного з них. Найвідоміший приклад відноситься до молочного цукру, або лактози. Бактерія, вирощена в бульйоні без лактози, не утворює ферменту лактази, необхідного для розщеплення, а отже, використання цукру. Якщо додати лактозу в бульйон, бактерія секретує лактазу. Механізм, що забезпечує таке пристосування клітини бактерії до середовища, був описаний Жакобом і Моно »Ген, відповідальний за кодування виробництва ферменту, називається структурним- його діяльність в свою чергу контролюється генами-регуляторами та операторами.
Один ген-оператор в стані стимулювати один або кілька структурних генів. Він розташовується на нитки ДНК безпосередньо перед ними. Ген-регулятор контролює виробництво репрессора, специфічного для свого оператора, який забороняє останньому утворювати специфічну для даного ферменту інформаційну РНК (ймовірно, шляхом гальмування дії РНК-полімерази на рівні відповідних генів). Дія, викликане лактозою в наведеному прикладі (звідки і назва «індуктор»), полягає в тому, що вона вимикає репрессор і тим самим звільняє оператор, який автоматично запускає механізм синтезу інформаційної РНК, а значить, і ферменту.
Така система не дозволяє бактерія виробляти надто багато ферментів, які вони могли б зробити, але в яких не потребують. Таким чином, більшість генів не проявляє себе: вони «пригнічені». Однак під час вступу потрібного речовини (лактоза - у що наводиться вище прикладі) вони можуть активізуватися. Вони можуть активізуватися і в результаті мутації, що перешкоджає клітці виробляти ферменти або, навпаки, стимулює її до постійного, неконтрольованого їх утворення, що вже не є для неї сприятливим, так як втягує їх генетичний потенціал біосинтезу білків в «непотрібне» виробництво. Ці дві можливості ставлять потомство клітини в невигідні умови конкуренції з нормальними бактеріями і можуть привести до її загибелі.
Такий в самому схематичному вигляді геном - сукупність генів однієї бактерії, керованих, образно кажучи, демократичної монархією. Демократичної тому, що розпорядження монарха (генома) погодяться з потребами клітини або навколишнього її середовища, а монархією тому, що потенціал генома розглядається як не піддається зовнішнім впливам, крім особливих випадків, які називаються мутаціями.
Ця здатність значною, але в той же час обмеженою адаптації, яку геном надає бактерії, забезпечує стійкість величезної більшості видів до постійно змінюваних умов життя, зокрема екологічним, з якими їм доводиться стикатися. Недосконалість адаптації дозволяє зрозуміти, чому зникають деякі види. У несприятливих умовах виживають тільки ті, чиї генетичні можливості дозволили до них пристосуватися. Це повністю узгоджується з теорією природного відбору, запропонованої Дарвіном сто з гаком років тому.
Таким чином, еволюція видів залежить одночасно від навколишнього середовища і від здатності їх геномів або генотипів реалізувати функції, якими вони наділені. Сукупність прояви цих функцій називають фенотипом.
Як вважають, якщо мутація змінює ген настільки, що підвищує рівень помилок в читанні коду, ген стає супрессором. Але такі помилки не завжди є згубними для виживання клітин. У ряді випадків вони можуть сприяти виживанню бактерій, а отже, представляти перевага з точки зору природного відбору.
Фактори мутацій, що є невід`ємною частиною умов навколишнього біосферу середовища, численні: це природне і викликане діяльністю людини іонізуюче і ультрафіолетове випромінювання, хімічні речовини, природні і синтезовані для гальмування або створення кращих умов життя мікробів, рослин, тварин і самої людини, а також вірусів, до розгляду яких ми і переходимо.
