CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 12 из 73 Информация о книге

Если рассматривать конформацию ДНК абстрактно, в виде случайного блуждания, наш вопрос о жесткости молекулы преобразуется в вопросы о длине «шага» и количестве «шагов». На визуализациях двойная спираль ДНК кажется прямой на отрезке длиной около 100 нанометров (это десятая часть миллионной доли метра). Иными словами, если схематично изобразить молекулу ДНК с помощью отрезков и спросить, какой длины они должны быть, ответом будет 100 нанометров. (В науке прямые участки полимеров, характеризующие гибкость цепи, называются сегментами Куна в честь швейцарского химика Вернера Куна, и их длину можно рассчитывать по математическим формулам.) Для понимания масштаба отмечу, что ширина (диаметр) двойной спирали составляет примерно 2 нанометра, а длина участка, на котором лесенка ДНК совершает полный оборот (длина витка), слегка превышает 3 нанометра, то есть для такой изящной спирали сегмент Куна у ДНК довольно велик.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_028.jpg

Итак, мы можем представить 1 метр ДНК в виде 10 миллионов прямых «шагов». Получается, чтобы ответить на вопрос, насколько же большим будет этот метр ДНК, отпущенный в свободное плавание в клеточной среде, нам нужно понять, какое расстояние покроет случайное блуждание из 10 миллионов шагов по 100 нанометров каждый. Простое вычисление даст ответ: около 0,3 миллиметра, или 300 микрометров. (Это квадратный корень из 10 миллионов, или примерно 3000 шагов, умноженные на длину шага в 100 нанометров.) Полученное число гораздо больше, чем диаметр ядра, не превышающий нескольких микрометров, и даже больше, чем диаметр типичной клетки человека, составляющий от 10 до 100 микрометров.

Здесь вы могли бы возразить, что ваш геном – это не единая неразрывная нить, а массив ДНК, разбитый на 23 хромосомы. (Почти все ваши клетки содержат 46 попарно сгруппированных фрагментов каждой из двух копий вашего генома. Есть и исключения: в яйцеклетках и сперматозоидах хранится лишь одна копия, а в эритроцитах млекопитающих и вовсе нет ДНК.) Конечно, фрагментация упрощает задачу пространственной упаковки ДНК, но не настолько: 1-я хромосома человека, крупнейшая из всех, состоит из 249 миллионов п. н., что соответствует длине примерно 8,5 сантиметра и размеру пятна случайного блуждания (по сути, клубка) около 90 микрометров – а это по-прежнему гораздо больше клеточного ядра. Чтобы было легче сопоставить размеры, я изобразил типичную человеческую клетку с ядром внутри и произвольные клубки ДНК метровой и 8,5-сантиметровой (как в 1-й хромосоме) длины.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_029.jpg

Вообще-то упаковка ДНК должна нас восхищать – но не из-за длины человеческого генома, а из-за жесткости, делающей ДНК неподатливой для заточения в клетку. Пространство, в которое должна упаковываться молекула, гораздо, гораздо меньше того пространства, которое она заняла бы, плавая свободно в водном мире.

Упаковка ДНК

ДНК внутри ядер наших клеток не предоставлена самой себе, как макаронина или случайный блуждающий, и не утрамбована, как одежда в наскоро собранном чемодане, а изящно и компактно упакована. Значительная часть нашей ДНК намотана на маленькие катушки диаметром около 10 нанометров, состоящие из белков гистонов.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_030.jpg

Но 10 нанометров – это существенно меньше, чем сегмент Куна у ДНК, поэтому для наматывания ДНК на катушки прикладывается большая сила, порождаемая главным образом электрическим притяжением между отрицательно заряженной ДНК и положительно заряженной внешней поверхностью гистонов. Расположение положительно заряженных аминокислот соответствует периодичности бороздок двойной спирали, что предельно увеличивает электрические силы. И снова мы наблюдаем самосборку в действии: физические характеристики ДНК и гистонов, особенно их заряд и форма, позволяют им выстраивать четко определенную рабочую структуру. На каждой катушке намотаны около 150 п. н. почти в два витка, длина ДНК между катушками колеблется от 20 до 90 п. н., и за всей этой конструкцией закрепилось выразительное название «бусины на нитке»8.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_031.jpg

Далее эти бусы укладываются в петли и компактизируются дополнительно. Ученые долгое время пытались вычислить их конечную форму, основываясь на данных экспериментов, в которых, как правило, извлекали ДНК из клеток либо консервировали клетки с помощью фиксаторов. Самая популярная версия предполагала, что ДНК-белковые бусы формируют волокна толщиной 30 нанометров, а затем эти волокна собираются в тяжи диаметром от 120 нанометров. Но недавно ученые под руководством Клоды О'Ши из Института Солка при Калифорнийском университете в Сан-Диего разработали метод маркировки ДНК без повреждения ядер, который позволяет метить ДНК атомами металла, легко различимыми под электронным микроскопом9. Этот метод выявил вместо ожидаемых волокон преимущественно свободные цепочки диаметром от 5 до 24 нанометров. Более того, цепочки оказались в разной степени закрученными либо прямыми в зависимости от того, делились клетки или нет. Возможно, упаковка ДНК менее однородна и более динамична, чем считалось ранее.

Виртуозное сворачивание ДНК внутри клеток – больше чем простое интеллектуальное упражнение. Экспрессия генов – транскрипция того или иного участка ДНК в РНК с возможной трансляцией в белки – сильно зависит от упаковки и организации ДНК. Области ДНК, намотанные на гистоновые катушки либо уплотненные как-то иначе, относительно недоступны для механизмов декодирования генетический информации. Один и тот же ген может быть «включен» или «выключен» в зависимости от сложности его обнаружения. Иными словами, упаковка ДНК влияет на ее функции, и физическая организация этой молекулы служит мощным инструментом регулирования деятельности клетки. Широчайший спектр заболеваний – от нарушений нервно-психического развития и редких аутоиммунных болезней до расщепления нёба – обусловлен некорректной упаковкой ДНК10, а вовсе не изъянами в генах, кодирующих важные для нервной системы, иммунитета или скелета белки. Часто подобные нарушения связаны с дефектами белков, которые модифицируют гистоны [24], повышая или понижая их аффинность друг к другу или к ДНК – например, за счет изменения заряда.

В последние два десятилетия ученые выяснили, что факторы, определяющие, какие области генома наматываются на гистоны, заложены в самой последовательности ДНК и отчасти обусловлены механическими свойствами двойной спирали11. Как мы знаем, длина относительно прямых сегментов ДНК составляет около 100 нанометров. Показатель жесткости в некоторой степени зависит от последовательности нуклеотидов, то есть «букв» A, Ц, Г, T. Одни группы нуклеотидов обладают меньшей жесткостью, чем другие, или в силу своей формы склоняют цепь к легкому изгибу. В той ДНК, которая в итоге оказывается в составе нуклеосом [25], эти более изогнутые или гибкие области, как маленькие шарниры, обычно располагаются через 10 нуклеотидов друг от друга. Длина витка двойной спирали тоже составляет 10 нуклеотидов: поднимись вы по винтовой лестнице ДНК на 10 ступенек, окажетесь лицом в ту же сторону, что и в исходной точке. Это значит, что все шарниры ориентированы в одном направлении и каждый фрагмент ДНК загибается к гистонной катушке. Анализ связывания ДНК с гистонами показывает, что последовательности без таких повторяющихся нуклеотидных пар реже оказываются намотанными. Таким образом, сама нуклеотидная последовательность кодирует механическую информацию о том, как именно она должна быть упакована. ДНК – молекула поистине экстраординарная, искусно совмещающая кодирование и механической, и биохимической, и генетической информации!

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 45
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Маркетинг, PR, реклама 8
    • О бизнесе популярно 22
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 5
  • Детективы и триллеры 827
    • Боевики 111
    • Дамский детективный роман 10
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 74
    • Исторические детективы 166
    • Классические детективы 52
    • Криминальные детективы 62
    • Крутой детектив 39
    • Маньяки 8
    • Политические детективы 21
    • Полицейские детективы 119
    • Прочие Детективы 225
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 456
    • Шпионские детективы 29
  • Детские 102
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 40
    • Детские остросюжетные 15
    • Детские приключения 47
    • Детские стихи 3
    • Прочая детская литература 13
  • Детские книги 214
    • Детская фантастика 75
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 56
  • Документальная литература 247
    • Биографии и мемуары 159
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 3
    • Научпоп 2
    • Прочая документальная литература 22
    • Публицистика 79
  • Дом и Семья 47
    • Домашние животные 4
    • Здоровье и красота 9
    • Кулинария 5
    • Прочее домоводство 1
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 2
    • Эротика и секс 23
  • Драматургия 13
    • Драма 12
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 1
    • Базы данных 1
  • Любовные романы 10854
    • Исторические любовные романы 332
    • Короткие любовные романы 850
    • Любовно-фантастические романы 5053
    • Остросюжетные любовные романы 163
    • Порно 29
    • Прочие любовные романы 23
    • Слеш 213
    • Современные любовные романы 4611
    • Фемслеш 18
    • Эротика 2186
  • Научно-образовательная 117
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 12
    • Биофизика 2
    • Биохимия 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 2
    • Зоология 1
    • Культурология 14
    • Литературоведение 9
    • Медицина 14
    • Обществознание 3
    • Педагогика 2
    • Политика 13
    • Прочая научная литература 24
    • Психотерапия и консультирование 4
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 5
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 9
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 255
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 123
    • Карьера 4
    • Психология 134
  • Поэзия и драматургия 12
    • Драматургия 5
    • Поэзия 7
  • Приключения 230
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 129
    • Морские приключения 31
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 51
    • Путешествия и география 15
  • Проза 696
    • Антисоветская литература 1
    • Военная проза 33
    • Историческая проза 111
    • Классическая проза 59
    • Контркультура 5
    • Магический реализм 29
    • Новелла 4
    • Повесть 13
    • Проза прочее 7
    • Рассказ 37
    • Роман 47
    • Русская классическая проза 22
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 3
    • Советская классическая проза 25
    • Современная проза 705
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 404
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 2
    • Музыка 1
    • Театр 1
    • Фанфик 395
  • Религия и духовность 70
    • Буддизм 1
    • Религия 8
    • Самосовершенствование 18
    • Эзотерика 45
  • Справочная литература 18
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 4
    • Руководства 4
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 3
  • Старинная литература 35
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 11
    • Прочая старинная литература 20
  • Техника 1
    • Автомобили и ПДД 1
  • Фантастика и фентези 10091
    • Альтернативная история 1401
    • Боевая фантастика 2239
    • Героическая фантастика 545
    • Городское фэнтези 581
    • Готический роман 2
    • Детективная фантастика 251
    • Ироническая фантастика 64
    • Ироническое фэнтези 52
    • Историческое фэнтези 152
    • Киберпанк 93
    • Космическая фантастика 604
    • Космоопера 12
    • ЛитРПГ 576
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 165
    • Научная фантастика 394
    • Попаданцы 2952
    • Постапокалипсис 321
    • Сказочная фантастика 3
    • Социально-философская фантастика 172
    • Стимпанк 47
    • Технофэнтези 16
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 269
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 92
    • Фэнтези 5294
    • Эпическая фантастика 110
    • Юмористическая фантастика 527
    • Юмористическое фэнтези 333
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 66
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 26
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 33
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • [email protected]
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2025. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен