В любом организме главное вещество – белок. В нашем теле примерно 50 000 разных (!) белков. Их набором особи одного вида отличаются друг от друга и о-о-очень отличаются от других видов.
Ни одно существо не получает белки готовыми, все строят их из того, что поступают с пищей. Но откуда организм знает, какие белки надо строить именно ему? К примеру, рабочий получает чертёж детали, которую ему поручено выточить. Ген – это и есть подобный «чертёж».
Каждый ген занимает часть очень длинной молекулы особого вещества. У него и название длинное: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Гены – это участки молекулы ДНК, в которых закодирована информация о строении белков. Ген может нести сведения и о строении необходимых для жизни рибонуклеиновых кислот (РНК). Кроме того, в нём есть особые отрезки, которые могут его «включать» и «выключать». Есть и участки, роль которых неизвестна.
Большинство генов спрятано в клеточном ядре (если оно есть). Генов обычно много, поэтому молекула ДНК для экономии места свёрнута в компактную петляющую спираль. Если же вытянуть в одну линию все ДНК одной клетки человека, то они растянутся на пару метров. Можете себе представить плотность упаковки!
У большинства генов есть стабильное место на молекуле ДНК. Но некоторые могут «странствовать» – вырезают сами себя и перебираются на другое место.
Ген – самая маленькая единица наследственности. Подобно тому, как, например, копейка – самая мелкая денежная единица в России. Монетку можно распилить, но кусочки перестают быть деньгами. Так и ген: отрезок ДНК нетрудно разделить на составляющие его химические структуры, но они уже не будут обладать свойством наследственности.
Откуда берутся гены? Мужская и женская половые клетки несут по половине нужного набора генов, а когда сливаются, будущий организм получает весь комплект. И такая эстафета передаётся из поколения в поколение, тысячелетиями. А как родились самые первые гены? Этого не знает никто. Похоже, что их появление навсегда останется загадкой, такой же как происхождение самой жизни.
Что такое геном?
У большинства организмов в каждой клетке множество генов. Они работают не каждый сам по себе, а взаимодействуя друг с другом. Скажем, у львиного зева есть один ген, который определяет белую окраску лепестков, а другой – их красный цвет. Если оба эти гена оказались у одного растения, его цветы будут розовыми.
Гены могут подавлять или усиливать действие друг друга. Так, есть группа генов, которая определяет насыщенность кожи людей пигментом меланином. Чем больше у конкретного человека таких генов, тем темнее у него кожа.
В общем, есть смысл говорить о геноме – совокупности генов одного организма (часто вместо этого используют термин «генотип»). Размеры генома очень различаются. Есть вирусы, у которых всего 2–3 гена; у человека же 20–25 тысяч пар активных генов.
Что такое генетический код?
На каком «языке» в ДНК зашифровано строение белков? Белки живых существ сложены из 20–22 «кирпичиков» – аминокислот. Повторяясь и комбинируясь, они и образуют миллиарды вариантов. Значит, в ДНК должны быть некие «значки», которые будут соответствовать каждой из этих аминокислот. Такие «значки» есть. Это особые вещества – азотистые основания. В молекулу ДНК входит четыре их вида: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Комбинации этих «букв» и образуют генетический код – систему записи в ДНК информации о порядке аминокислот в молекуле белка.
У генетического кода несколько важных свойств:
– «трёхбуквенность»;
– непрерывность;
– неперекрываемость;
– однозначность;
– универсальность.
Почему код «трёхбуквенный»? Потому что если брать только две «буквы», то из них можно составить лишь 16 «слов» (АТ, ТА, ГА, АГ и т.д.). А аминокислот-то 20! Из троек же можно построить 64 сочетания.
Каждой аминокислоте соответствует своя тройка. Например, ААЦ – аминокислоте лейцину, ЦАТ – валину, АТА – тирозину. Вдоль нити ДНК выстроена запись из коротких «слов». Например: ААЦЦАТАТААТАААЦ. Эта «абракадабра» значит, что в каком-то белке аминокислоты должны стоять так: лейцин–валин–тирозин–тирозин–лейцин. Есть ещё и тройки «букв», которые показывают, с какого места начать и где закончить «чтение».
«Слова» записаны непрерывно, без пробелов. Это позволяет втиснуть больше информации, не увеличивая размер гена. Да и считывать сплошную строку не так трудно. Вам ведь понятна надпись: ДЫМШЁЛТРИДНЯ? (Кстати, ещё лет четыреста назад на Руси так и писали – не разделяя слов).
Универсальность кода означает, что он един для всех существ Земли. У ромашки, тигра, человека и вируса гриппа тройка ААЦ означает лейцин, ЦАТ – валин и т. д. Исключения единичны. Это даёт зелёный свет генетической инженерии: гены одних организмов вполне могут работать, попав в другие.
Кстати, о зелёном свете. У одной из медуз есть белок, который излучает его во мраке океанских глубин. Южнокорейские биологи пересадили ген этого белка… кошкам. На новом месте он прижился, передался котятам по наследству, а главное – заработал! Интересно, труднее ли стало светящимся кошкам ловить мышей?
