Андрей Шляхов - Генетика для начинающих

• Название: Генетика для начинающих
• Автор: Андрей Шляхов
• Жанр: Биология
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-17-112188-4

Эта книга предназначена для тех, кто не привык киснуть перед телевизором или зависать над смартфоном. Она для любознательных людей, которые готовы дать пищу уму, вспомнить давно забытое или узнать что-то новое. Эта книга – не учебник, не руководство и не задачник, а сборник бесед на химические темы. Форма подачи материала легкая и ни к чему не обязывающая. Каждая глава начинается с чего-то «отвлеченного», что на первый взгляд может вообще не иметь никакого отношения к химии, а затем разговор от отвлеченного переходит к конкретному. Премудрость химическая излагается не в установленном учебниками порядке, а «вразброс», применительно к теме главы. Так легче, проще и интереснее.

---

Гены могут иметь различные специальности…

Нет, это не опечатка. Действительно могут.

По выполняемым функциям все гены подразделяются на структурные и функциональные (на работяг и начальников).

Простые работяги – структурные гены – содержат информацию о белках и РНК и добросовестно передают эту информацию по назначению. Функциональные гены руководят структурными генами, регулируют их работу. В зависимости от вида регуляции функциональные гены подразделяются на модуляторы (ингибиторы и интенсификаторы), регуляторы и операторы.

Гены-модуляторы усиливают или ослабляют действие структурных генов. Ингибиторы – ослабляют, а интенсификаторы – усиливают.

Ген-оператор «включает» и «выключает» структурные гены для считывания с них информации. Гены, да будет вам известно, включаются при необходимости, а не работают постоянно.

Ген-регулятор руководит работой гена-оператора. Он содержит информацию, на основе которой синтезируется особый белок-репрессор, блокирующий ген-оператор.

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как именно происходит блокировка или нейтрализация действия химических веществ в живых организмах? Путем связывания с их молекулами молекул белков. Можно сказать, что белковая молекула обхватывает молекулу блокируемого вещества «руками и ногами» и таким образом не дает ему выполнять свои функции.

Транскрипция – довольно сложный процесс. Мы рассмотрим ее в другой главе, а сейчас просто познакомимся с тем, как работают гены разных специальностей.

Ген-оператор объединяет несколько структурных генов в своеобразную «бригаду», которая работает на «стройплощадке» – участке молекулы ДНК, называемом опероном. Ген-оператор выступает в роли бригадира, который руководит рабочими и периодически покрикивает: «Давай-давай, шевелись быстрей!» Бригаде генов помогает в работе высококвалифицированный мастер – фермент РНК-полимераза, запускающий процесс синтеза РНК. Главным же руководителем (прорабом) является ген-регулятор, который решает, когда и сколько бригаде-оперону следует работать. Если нужно остановить работу на опероне, ген-регулятор отправляет к гену-оператору посыльного – белок-репрессор. «Шабаш! – командует этот белок гену-оператору. – Хватит работать! Давай расслабляться!» Для начала работы ген-регулятор отправляет к оперону другой белок – индуктор. Индуктор уводит прочь белок-репрессор. Освободившийся от навязчивого гостя белок-оператор командует своей бригаде: «Начинаем работу!» Вот так периодически и проходит транскрипция.

А теперь, дорогие читатели, выполните одно несложное задание. Не обращаясь к помощи Гугла и прочих источников знаний, приведите пример того, что синтез белков в организме происходит не постоянно.

Подсказка: самый простой пример буквально бросается в глаза в любом людном месте…

Седина! Побеление, точнее – обесцвечивание волос, возникающее в результате возрастного прекращения синтеза пигмента меланина.

Пример грубый, но наглядный и хорошо запоминающийся. Как увидите седого человека, так сразу же вспомните, что гены чередуют работу с отдыхом, а не трудятся неустанно, подобно сердечной мышце.

Кстати говоря, до сих пор находятся «ученые» (слово не случайно взято в кавычки), которые отрицают существование генов и даже приводят какие-то аргументы в доказательство своей правоты. Воспринимать подобные «научные труды» можно только как юмористическую фантастику и читать только ради развлечения. Существование ДНК, РНК и генов доказано неопровержимо. Отрицать это – все равно что утверждать, будто солнце всходит на севере, а заходит на юге.

Впрочем, при желании можно притянуть за уши аргумент, «доказывающий» это абсурдное утверждение. Солнце всходит на севере, и потому на севере холоднее – утреннее солнце еще не успело разогреться как следует и нагревает северные земли слабо. Но к полудню оно разогревается и южные земли нагревает интенсивно.

И попробуйте только сказать, что это не так!

Было бы утверждение, а подтверждающие аргументы всегда найдутся.

Глава четвертая Генетика на клеточном уровне, или Геном состоит из хромосом

– Как называется единственный в природе гибрид металла и рыбы?

– ХРОМоСОМа.

Давайте поднимемся с молекулярного уровня на клеточный. Мы имеем на это полное право, поскольку знаем, что такое ДНК, РНК и ген. Пришло время узнать, в каком виде хранится ДНК в клетке и как происходит деление клеток. Если вы думаете, что клетки при делении попросту распадаются на две части, словно разрезанное пополам яблоко, то сильно ошибаетесь. Деление клеток – сложный процесс. Знатоки утверждают, что оно сложнее составления бухгалтерского баланса. Но не спешите пугаться и волноваться. Мы с вами разберемся во всех тонкостях деления клеток, рассмотрим разные варианты и сделаем это самым нескучным образом.

А теперь – вопрос.

Какая буква самая главная в алфавите, с точки зрения генетиков?

Подсказка: эта буква есть и в кириллице, и в латинице.

Первым делом на ум, конечно же, приходит буква «Г» – генетика, ген, генофонд! – но кириллической буквы «Г» нет в латинском алфавите, а в кириллическом нет латинской буквы «G».

«М»? В честь Грегора нашего Менделя?

Нет, не «М».

Предупреждение: вопрос шуточный, и ни один поисковик не даст вам правильного ответа.

А правильный ответ вот такой – буква «Х»!

Почему?

Да потому что такую форму приобретают во время деления клетки хромосомы – структуры, хранящие наследственную информацию. Каждая хромосома представляет собой одну молекулу ДНК[5]. У каждого биологического вида в норме должно быть строго определенное число хромосом. У человека их сорок шесть.

Набор хромосом называется кариотипом. Также кариотипом называется совокупность признаков полного набора хромосом данного организма. Обратите внимание – совокупность признаков полного набора хромосом, а не совокупность признаков организма, определяемая этим набором хромосом. Совокупность внешних и внутренних признаков организма называется фенотипом. А совокупность всех генов организма называется генотипом.

Проще говоря – генотип выглядит как кариотип и определяет фенотип. Обратите внимание на то, что все названия «типов» в этой фразе расположены в алфавитном порядке – генотип, кариотип, фенотип. Это поможет вам правильно запомнить последовательность.

Свое звучное название хромосомы получили благодаря своей способности связывать ряд красителей, используемых для приготовления «микроскопических» препаратов, проще говоря – за способность к окрашиванию. «Хромосома» в переводе с греческого означает «окрашенное тело».

Неизвестно, кому именно из ученых принадлежит честь первооткрывателя хромосом. На это звание претендовала добрая дюжина биологов, но в конце концов первооткрывателем стал считаться немецкий биолог Вальтер Флемминг, основатель цитогенетики, или «клеточной» генетики (греческое «цитос» означает «клетка»), который собрал все известные на то время сведения о хромосомах, систематизировал их и изложил в своем труде ««Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung», изданном в Лейпциге в 1882 году.

Флемминг не был генетиком, да и не мог им быть, поскольку никакой генетики в то время не существовало. Флемминг был цитологом, изучал живые клетки со всем их содержимым, в том числе и с хромосомами, которые можно было увидеть в микроскоп на стадиях профазы, метафазы или анафазы митоза.

Профаза… Метафаза… Анафаза… Митоз…

Столько непонятных слов разом.

Давайте разбираться.

Митоз, или непрямое деление – это наиболее распространенный способ воспроизводства эукариотических (имеющих ядро) клеток.

Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает их генетическую идентичность и позволяет сохранять преемственность в ряду клеточных поколений.

Митоз

Промежуточная между двумя делениями фаза называется интерфазой (см. рисунок). В интерфазе клетка увеличивает свою массу и удваивает хромосомный набор, готовясь к предстоящему делению. В интерфазе хромосомы находятся в клеточном ядре в виде тонких нитей и неразличимы в микроскоп. В микроскоп можно увидеть только само ядро.

Когда подготовка заканчивается, настает время делиться.

Настает время митоза.

Первая фаза митоза – профаза – является наиболее продолжительной фазой. Начинается она с того, что нити-хромосомы утолщаются и сворачиваются в спираль. Хромосомы удвоились, но пока что они соединены попарно перемычками, называемыми центромерами.

Ядерная мембрана исчезает. Хромосомы вырываются из ядра на свободу и рассредоточиваются по всей клетке. Сдвоенные хромосомы, тонкие нити которых скручены в относительно толстую спираль, видны в микроскоп. Они имеют вид буквы «Х» с перемычкой-центромерой посередине.