Кривое зеркало жизни. Главные мифы о раке, и что современная наука думает о них - [12]
Кроме ядра, в цитоплазме находятся разнообразные органеллы — «маленькие органы», которые позволяют клетке выполнять разные функции точно так же, как «настоящие» органы — печень, легкие, мозг — обеспечивают жизнедеятельность организма в целом. Переваривание белков в лизосомах похоже на процесс пищеварения, а сеть транспортных микротрубочек, обеспечивающих доставку молекул в разные части клетки, чем-то напоминает кровеносную систему организма. Но самыми важными органеллами (после ядра) являются, пожалуй, митохондрии. Это крупные органеллы, которые играют роль своего рода «тепловых электростанций». Они «сжигают» глюкозу и обеспечивают клетку энергией, необходимой для поддержания процессов жизнедеятельности. Одновременно митохондрии играют важную роль в регуляции запрограммированной клеточной гибели — апоптоза.
Если клетка — это строительный кирпичик организма, то органические молекулы — это, в свою очередь, стройматериал для клеток. Основные молекулы жизни — ДНК, РНК, белки — это огромные линейные полимеры, то есть молекулы-«цепочки», состоящие из нанизанных друг за другом небольших фрагментов — мономеров. Чтобы подчеркнуть размер биологических полимеров, их часто называют макромолекулами. Размер имеет значение! Химические и физические свойства больших молекул сильно отличаются от свойств их мономеров. Например, полисахарид целлюлоза — жесткий, нерастворимый, плохо перевариваемый полимер, составляющий основу древесины, — состоит из мономеров глюкозы — сладкой, легкорастворимой и питательной молекулы.
У ДНК и РНК мономерами являются органические молекулы — нуклеотиды, у белков — другие органические молекулы, аминокислоты (а точнее, аминокислотные остатки). Любой линейный полимер можно описать через последовательность составляющих его мономеров. Например: аланин — глицин — пролин — тирозин — аланин — серин (другая форма записи — AGPYAS) — это описание фрагмента белка. Порядок соединения аминокислотных остатков определяет, какую структуру будет иметь белок и какую функцию станет выполнять. Гены и молекулы РНК, в свою очередь, различаются нуклеотидными последовательностями.
Биополимеры можно сравнивать между собой и давать количественную оценку степени их сходства (или различия). Например, последовательности ААААC и ATAAC различаются между собой всего на одну букву (нуклеотид) из пяти, таким образом степень гомологии (сходства) этих двух полинуклеотидов составляет 80 %. Сопоставляя последовательности генов различных организмов, ученые получают данные о степени их родства. Чем больше сходство геномов, тем более близкими родственниками являются виды. При изучении раковых опухолей ученые таким же образом сравнивают ДНК раковых клеток и здоровых. Это помогает им обнаружить генетические причины болезни, подробнее о которых будет сказано дальше.
Аналогичный анализ позволяет делать обоснованные предположения о структуре и функциях малоизученных белков путем сопоставления их с хорошо изученными макромолекулами. Белки, у которых последовательности демонстрируют высокую степень гомологии (50 % и выше), как правило, обладают схожей структурой и свойствами.
Белки — главные «рабочие лошадки» живой клетки. В состав белков человеческого тела входит всего 20 аминокислот с различными свойствами — маленькие и массивные, «кислые» и «щелочные», водорастворимые и «жирные», но количество возможных трехмерных структур, которые можно построить из них, огромно. Это чем-то похоже на конструктор «Лего» — из небольшого количества базовых элементов можно создавать очень разные, непохожие друг на друга конструкции.
Множеству белковых структур соответствует невероятное разнообразие их функций в человеческом теле. Белки обеспечивают транспорт и движение, участвуют в процессах размножения и дыхания, защищают наш организм от инфекций и позволяют различать свет и тьму. Собственно, все основные задачи в живой клетке решаются белками. Все, кроме одной. Белки не способны к самовоспроизводству. Эта «умная» молекула не может сама себя синтезировать. Для производства белков нужны специальные молекулярные инструкции (записанные в ДНК) и особые молекулярные «синтезаторы» небелковой природы — рибосомы (основой которых является РНК), способные синтезировать белки, используя «инструкцию», написанную на другом, нуклеотидном, языке.
Генетический код — догма и руководство к действию!
Три главных типа биополимеров — ДНК, РНК и белки — существуют в организме не обособленно. Они связаны между собой отношением, которое великий ученый Фрэнсис Крик назвал «основной догмой молекулярной биологии». Суть «догмы» в том, что генетическая информация в клетке хранится в виде последовательности молекулы ДНК, а реализуется в виде последовательности белка, причем посредником в процессе переноса информации является молекула РНК. Процесс перекодирования нуклеотидной последовательности в аминокислотную происходит на специальных молекулярных машинах — рибосомах.
Используя нестрогую компьютерную аналогию, ДНК можно сравнить с программой, написанной на одном из языков программирования высокого уровня (например, С++). Аппарат трансляции, включающий в себя разнообразные РНК, работает как компилятор, переводящий (транслирующий) эту программу в машинный код, понятный компьютеру. А белок можно уподобить исполняемому файлу игры, получившейся на выходе. Если не знать о принципах компилирования, обнаружить какую-либо связь между исходным текстом программы и итоговым EХЕ-файлом практически невозможно. Именно поэтому ученые так долго не могли заметить взаимосвязь между ДНК и белками.
