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 37
    • Корпоративная культура 3
    • Личные финансы 5
    • Маркетинг, PR, реклама 8
    • О бизнесе популярно 19
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 3
  • Детективы и триллеры 706
    • Боевики 102
    • Дамский детективный роман 9
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 70
    • Исторические детективы 138
    • Классические детективы 45
    • Криминальные детективы 58
    • Крутой детектив 36
    • Маньяки 7
    • Политические детективы 19
    • Полицейские детективы 112
    • Прочие Детективы 195
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 413
    • Шпионские детективы 27
  • Детские 92
    • Детская образовательная литература 3
    • Детская проза 38
    • Детские остросюжетные 14
    • Детские приключения 41
    • Детские стихи 3
    • Прочая детская литература 11
  • Детские книги 206
    • Детская фантастика 71
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 52
  • Документальная литература 218
    • Биографии и мемуары 142
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 2
    • Научпоп 2
    • Прочая документальная литература 21
    • Публицистика 66
  • Дом и Семья 42
    • Домашние животные 3
    • Здоровье и красота 9
    • Кулинария 5
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 2
    • Эротика и секс 20
  • Драматургия 8
    • Драма 8
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 1
    • Базы данных 1
  • Любовные романы 9826
    • Исторические любовные романы 292
    • Короткие любовные романы 772
    • Любовно-фантастические романы 4604
    • Остросюжетные любовные романы 136
    • Порно 25
    • Прочие любовные романы 18
    • Слеш 194
    • Современные любовные романы 4218
    • Фемслеш 15
    • Эротика 1918
  • Научно-образовательная 103
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 2
    • Биология 12
    • Биофизика 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 2
    • Зоология 1
    • Культурология 12
    • Литературоведение 9
    • Медицина 13
    • Обществознание 2
    • Педагогика 2
    • Политика 12
    • Прочая научная литература 19
    • Психотерапия и консультирование 3
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 4
    • Технические науки 1
    • Физика 3
    • Философия 7
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 233
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 109
    • Карьера 4
    • Психология 126
  • Поэзия и драматургия 11
    • Драматургия 5
    • Поэзия 6
  • Приключения 195
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 107
    • Морские приключения 26
    • Природа и животные 13
    • Прочие приключения 43
    • Путешествия и география 11
  • Проза 609
    • Антисоветская литература 1
    • Военная проза 28
    • Историческая проза 99
    • Классическая проза 56
    • Контркультура 4
    • Магический реализм 24
    • Новелла 4
    • Повесть 10
    • Проза прочее 6
    • Рассказ 34
    • Роман 43
    • Русская классическая проза 21
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 2
    • Советская классическая проза 24
    • Современная проза 657
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 329
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 1
    • Музыка 1
    • Фанфик 321
  • Религия и духовность 57
    • Буддизм 1
    • Религия 7
    • Самосовершенствование 13
    • Эзотерика 38
  • Справочная литература 14
    • Прочая справочная литература 1
    • Путеводители 4
    • Руководства 4
    • Справочники 6
    • Энциклопедии 2
  • Старинная литература 28
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 9
    • Прочая старинная литература 15
  • Фантастика и фентези 8945
    • Альтернативная история 1225
    • Боевая фантастика 2041
    • Героическая фантастика 487
    • Городское фэнтези 493
    • Готический роман 1
    • Детективная фантастика 219
    • Ироническая фантастика 61
    • Ироническое фэнтези 50
    • Историческое фэнтези 134
    • Киберпанк 76
    • Космическая фантастика 535
    • Космоопера 10
    • ЛитРПГ 522
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 140
    • Научная фантастика 359
    • Попаданцы 2546
    • Постапокалипсис 287
    • Сказочная фантастика 2
    • Социально-философская фантастика 147
    • Стимпанк 43
    • Технофэнтези 13
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 244
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 83
    • Фэнтези 4843
    • Эпическая фантастика 101
    • Юмористическая фантастика 478
    • Юмористическое фэнтези 279
  • Фольклор 1
    • Народные сказки 1
  • Юмор 62
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 24
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 31
    • 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