Книга: Я познаю мир. Биология

Весело было нам, все делили пополам

Весело было нам, все делили пополам

На первый взгляд образование новых клеток путем деления кажется достаточно простым процессом – перетянул клетку пополам, и вот их уже две. Но на самом деле этот процесс чрезвычайно сложен. Возьмем хотя бы для примера необходимость разделить между вновь образующимися клетками органеллы, то есть органы исходной клетки. С некоторыми из них, если их в клетке много, никаких проблем не возникает. Митохондрий в клетке много, и они сами способны размножаться, поскольку, как вы уже прочитали (см. с. 71), по происхождению митохондрии и хлоропласты являются симбиотическими бактериями. Так что эти органеллы можно делить и не строго поровну: если их окажется мало, они быстро размножатся до необходимого числа.

Другое дело – клеточное ядро. Оно (за редкими исключениями) одно и при этом содержит важную наследственную информацию, которую просто так, кому что достанется, делить нельзя. Это все равно, что поделить между двумя путешественниками карту, просто разорвав ее пополам – в результате каждый путешественник получит не свой экземпляр карты, а никому не нужные обрывки бумаги.

Чтобы информация, содержащаяся на карте, не пропала, карту, если она необходима нескольким путешественникам, надо не порвать, а скопировать – напечатать или перерисовать копии этой карты, причем желательно как можно более точные. Так и с генетической информацией, содержащейся в ядре, – ее надо не просто поделить поровну между образующимися дочерними клетками, а сначала изготовить два экземпляра копий и затем «раздать» их потомкам. Иначе через несколько делений от генов останутся одни обрывки и клетки просто погибнут.

Носителями генетической информации, как мы уже говорили в разделе, посвященном строению клетки, в клеточном ядре являются хромосомы.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image132.png"

Схема деления клетки (митоза): 1 – центриолъ; 2 – ядро; 3 – ядерная оболочка; 4 – ДНК; 5 – ядрышко; 6 – хромосомы; 7 – центриолъ со звездой микротрубочек; 8 – центромера; 9 – веретено деления

Обычно их в ядре много, и при этом у каждого организма их строго определенное число: у комнатной мухи – 12, у щуки – 18, у дождевого червя – 32, у гадюки – 36, у человека – 46, у шимпанзе – 48, у воробья – 76, у карпов – 104. В обычном состоянии клетки они в ядре не видны. Только когда клетка собирается делиться, их можно увидеть и подсчитать.

Чтобы понять, каким образом клеткам удается «снимать копии» со своих хромосом, нам нужно разобраться, что они представляют собой с химической точки зрения, то есть как они устроены.

Хромосомы – это гигантские молекулы вещества, которое называется дезоксирибонуклеиновой кислотой. Чтобы не ломать каждый раз язык, ученые придумали сокращенное название – ДНК. Во время деления молекулы ДНК вместе с поддерживающими их вспомогательными белками закручены в тугой жгут – вот тогда их и можно увидеть в обычный микроскоп. Во время нормальной работы клетки молекулы ДНК разворачиваются, перестают быть видимыми, но зато с них может считываться и использоваться генетическая информация.

Развернутая молекула ДНК похожа на длиннющую веревочную лестницу с частыми перетяжками – «ступенями». Каждая половинка этой «лестницы» или, как чаще говорят, двойной спирали представляет собой длинную цепочку сложных молекул, называемых нуклеотидами. (Слова «нуклеотиды» и «нуклеиновая» кислота происходят от латинского слова nucleus – ядро.) Всего в ДНК встречается 4 типа нуклеотидов: аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые принято обозначать буквами А, Г, Ц и Т. В последовательности нуклеотидов цепочки ДНК зашифрована вся наследственная информация; это как бы «буквы» генетического алфавита.

Нуклеотиды одной половинки ДНК соединяются с нуклеотидами другой половинки, и самое главное, соединяются не как попало, а по строгим правилам. Аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), и никогда не соединится с нуклеотидами Ц или Г, а цитозин (Ц), как вы уже догадались, соединяется только с гуанином (Г). Соответственно, Т устанавливает пару с А, а Г – с Ц.

Способность нуклеотидов соединяться только со своим «напарником» и позволяет копировать ДНК без потери информации. Вот как это происходит: молекула ДНК раскручивается и расщепляется продольно на две половинки. Каждая половинка этой удивительной молекулы достраивает потерянную часть (при этом каждый нуклеотид подбирает себе пару строго по правилам, описанным выше) и вновь становится двойной спиралью.

Расщепление начинается с одного конца, и по мере того, как молекула распадается на две половинки, каждая энергично достраивается, присоединяя к себе недостающие фрагменты. Таким образом, обе половинки становятся двумя молекулами ДНК. При этом обе молекулы, образовавшиеся из половинок исходной, будут полностью идентичны. Теперь надо только каждую из них распределить между образующимися дочерними клетками и можно не беспокоиться: каждая из них получит полноценный набор генетической информации.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image133.png"

Соединение нуклеотидов в ДНК