Школа одарённых детей

 

 

На протяжении ряда лет в нашем городе действует летняя Школа одарённых детей. С положением и программой школы в 2009 году Вы можете познакомиться по ссылке.

На данной странице предлагаю Вашему вниманию свою лекцию для физиков и лириков в Школе.

 

 

Клетка

1. Группа делится на 4 команды. Задание за 5-7 минут обсудить стратегию выживания и стратегию, приводящую к гибели существа, группы существ.

 

Вывод: стратегия выживания одного организма и группы существенно отличаются.

 

2. Как вы думаете, в какой сфере науки наибольшее количество загадок?

В наш век информационных технологий и научных открытий, в век интенсивного освоения космоса, построения сложной системы социальных отношений, мне кажется, мы немного забыли о самих себе, о том, что находится у нас с вами внутри (загадочная человеческая душа, чувство влюблённости, излечимые и неизлечимые болезни, предчувствие опасности и многое другое). Наибольшее количество загадок и тайн хранит в себе человеческий организм.

 

И сегодня мы с вами попробуем заглянуть внутрь своего организма и хоть немного понять а как оно там всё работает?

 

3. Назовите пожалуйста элементарную строительную и функциональную единицу человеческого организма.

Это клетка.

 

Но всегда ли организмы были многоклеточными?

Первые живые существа, появившиеся в первичном бульоне были одноклеточными. Поначалу их и клетками то назвать было нельзя. Это были сгустки вещества, покрытые слоем липидов, которые то распадались, то образовывались вновь (коацерватные капли).

Земля наша образовалась 4,5-7 млрд. лет назад (1 млрд. – 1 шаг). Первые прокариотические клетки (анаэробные гетеротрофы, кто знает, что это значит?) появились примерно 3 (2,5-3,5) млрд. лет назад в архейскую эру. – от 7 – 4 шага.

В архейскую эру появились автотрофные организмы, что способствовало накоплению кислорода, появлению аэробных и вымиранию большинства анаэробных организмов.

Около 2 млрд. лет назад, в протерозойскую эру на Земле появились эукариотические клетки. – 1 шаг.

1 млрд. лет назад появляются многоклеточные организмы. – 1 шаг.

В протерозойскую же эру появляются половое размножение и двусторонне симметричные животные.

Протерозойская эра закончилась примерно 570 млн. лет назад.

За оставшиеся 0,5 шага пролетели:

- палеозойская эра (до 230 млн. лет назад) с её псилофитами, папоротниками и даже голосеменными растениями, вышедшими на сушу стегоцефалами, пресмыкающимися, огромными летающими насекомыми;

- мезозойская эра (до 76 млн. лет назад) с динозаврами, птицами, имеющими зубы, появившимися млекопитающими и цветковыми растениями;

70 млн. лет назад появились первые приматы

- кайнозойская эра (эра новой жизни) эра мамонтов, шерстистых носорогов, саблезубых тигров и ЛЮДЕЙ (около 1-1,5 млн. лет назад).

Эволюция клеток шла 2 млрд. лет.

Ещё 500 млн. лет наши клетки «учились» жить друг с другом.

Полноценная  эволюция многоклеточного организма длилась 1-0,5 млрд. лет.

 

За это время клеткам необходимо было полностью изменить стратегию выживания, необходимо было научиться жить так, чтобы жизнь каждого члена сообщества (организма) была направлена на поддержание жизни других членов сообщества. Т.е. если клетка начнёт «несанкционированно» размножаться, занимать удобное для неё, «лучшее» пространство, это может привести к гибели всего сообщества, и как следствие и самой «бунтовщицы». Мало того, размножаться внутри организма теперь могут, конечно, все клетки, но участвовать в половом процессе с целью остаться в будущих поколениях позволено лишь «избранным» единицам.

 

4. Рассмотрим стратегии выживания клеток многоклеточного организма.

а) строение самой клетки

ДНК, ядро. - слайд.

 

Функции ядра клетки – хранение и передача наследственной информации. В ядре находятся молекулы ДНК. На рубеже 1950-х и 1960-х гг. Фрэнсис Крик и его сотрудники выяснили основные свойства генетического кода (триплетность, вырожденность,. неперекрываемость, однозначность, непрерывность, универсальность.

Каковы главные размеры ДНК? Диаметр двойной спирали 2 нм, расстояние между соседними парами оснований вдоль спирали — 0,34 нм. Полный оборот двойная спираль делает через 10 пар. Ну, а длина? Длина зависит от того, какому организму ДНК принадлежит. ДНК простейших вирусов содержит всего несколько тысяч звеньев, бактерий — несколько миллионов, а высших — миллиарды.

Если выстроить в одну линию все молекулы ДНК, заключенные лишь в одной клетке человека, то получится нить длиной около 2 м. Следовательно, длина этой нити в миллиард раз больше ее толщины. Чтобы лучше представить себе, что это значит, вообразите, будто ДНК на самом деле около 4 см. Такой ДНК, взятой всего из одной клетки человека, можно было бы опоясать земной шар по экватору. В этом масштабе клеточное ядро имеет размеры стадиона, а человек — это уже земной шар.

Ясно, что одна из весьма серьезных проблем, особенно в многоклеточных организмах, где молекулы ДНК очень длинные, — это укладка молекулы, чтобы она поместилась в клеточном ядре. Уложить-то ее надо так, чтобы ДНК была доступной по всей длине для белков, например, для РНК-полимеразы, считывающей нужные гены.

Физики. Она похожа на оконное стекло

Физики нанялись изучением ДНК не только потому, что понимали важность проверки всех деталей ее структуры. Молекула ДНК привлекла их внимание и сама по себе.

ДНК похожа на твердое тело. Пары оснований уложены в ней как в кристалле. Но это кристалл линейный, как бы одномерный — каждая пара оснований имеет только двух соседей.

Кристалл ДНК — апериодический, так как последовательность пар оснований нерегулярна, как нерегулярна последовательность букв в осмысленном тексте книги. Но подобно буквам в печатном шрифте, пары оснований А Т и Г Ц имеют одинаковые размеры как в ширину, так и в высоту.

Конечно же, кристалл совершенно нового типа, одномерный кристалл страшно заинтриговал физиков. ДНК не полупроводник и, уж подавно, не сверхпроводник. Она оказалась обыкновенным изолятором,  вроде оконного стекла. Да она и прозрачна, как стекло. Водный раствор ДНК (а в воде она растворяется очень хорошо) просто прозрачная жидкость. Этим сходство со стеклом не заканчивается. Обычное стекло, в том числе и оконное, прозрачно для видимого света и очень сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. ДНК тоже поглощает в этой части спектра. Но, в отличие от стекла, которому ультрафиолетовые лучи не вредны, ДНК к ним очень чувствительна.

Ультрафиолетовые лучи настолько губительны для молекулы ДНК, что клетка выработала в ходе эволюции специальную репарирующую систему, которая залечивает повреждения, нанесенные этими лучами. Что же это за повреждения?

Когда квант ультрафиолетового излучения (фотон) попадает в ДНК, то он передает свою энергию азотистому основанию. Основание оказывается в возбужденном состоянии. Далее события могут развернуться по-разному. Если фотон поглощен пурином (аденином или гуанином), то ничего особенного не произойдет — поглощенная энергия быстро превратится в тепло (как это бывает в оконном стекле), а ДНК останется такой же, какой была. Другое дело, если фотон поглотится пиримидином (тимином или цитозином), причем не любым, а тем, который соседствует в цепи с другим пиримидином. В этом случае поглощенная энергия не успевает еще превратиться в тепло, как два соседних пиримидина вступают в химическую реакцию. Этот процесс особенно эффективен, если по соседству оказываются два тимина. Результат — новое химическое соединение, называемое фотодимером тимина Т?Т.

Строение димера довольно необычно. В самом деле, углерод обыкновенно бывает либо тетраэдрическим, когда его связи с соседними атомами идут из центра тетраэдра в его вершины, либо треугольным, когда связи лежат в одной плоскости и направлены из центра в вершины правильного треугольника. Но в фотодимере две связи у каждого атома углерода, участвующего в сцеплении тиминов, образуют прямой угол! А все четыре атома углерода образуют квадрат (он носит название циклобутана).

Итак, в ДНК возникло повреждение — вместо двух тиминов возникло совершенно новое химическое соединение, дойдя до которого, ферменты, работающие на ДНК, остановятся. Если эту помарку не выправить, то ферменты не смогут ни снять с ДНК копию, ни считать с нее информацию (синтезировать РНК). Вся жизнь клетки остановится, и она погибнет. Но тут на помощь приходят ферменты репарирующей системы.

Сначала фермент УФ-эндонуклеаза узнает тиминовый димер и рвёт в этом месте сахаро-фосфатную цепь. Далее фермент эндонуклеаза расширяет возникший разрыв. В одной из нитей ДНК, там, где образовался тиминовый димер, получается огромная брешь — в несколько тысяч нуклеотидов. При этом оказывается удаленными не только тиминовый димер, но и масса нормальных нуклеотидов, как говорится, на всякий случай. Но это не беда -другая, комплементарная нить остается целой и по ней специальный фермент, ДНК-полимераза Корнберга, надстраивает вторую нить, создавая нормальную двойную спираль, идентичную исходной, неповрежденной ДНК. Так вот в чем, оказывается, в чем смысл двунитчатости ДНК! Она нужна не только для создания двух идентичных копий генетического материала, но и для того, чтобы информацию, заключенную в ДНК, можно было уберечь от повреждений. Репарирующие системы есть во всех клетках, от простейших до человека. Это не удивительно — жизнь зародилась под Солнцем. Может показаться странным, что репарирующая система активна даже в таких клетках, которые никогда не испытывают действия солнечного излучения — например, клетки кишечника. Остроумное объяснение этому предложил Г. М. Баренбойм. Он полагает, что ДНК защищается от излучения Вавилова – Черенкова, возникающего в клетках при распаде естественной примеси радиоактивных элементов.

Если же в результате мутации репарирующая система выйдет из строя — это настоящее бедствие. Иногда рождаются дети с дефектом, который называется ксеродерма пигментозум. Они совершенно не могут быть на свету — их кожа покрывается язвами, которые постепенно переходят в злокачественные опухоли. Таких детей не удается спасти, даже тщательно оберегая их от солнца. Вообще прямыми опытами на животных показано, что тиминовые димеры могут вызывать рак.

Выходит, загорать — это действительно совсем не невинное занятие. Конечно, мы не можем отказать себе в этом удовольствии, но не следует перегружать репарирующую систему. Кроме того, репарация — не вполне безобидная вещь. Считают, что ферменты репарирующей системы, в особенности ДНК-полимераза Корнберга, склонны допускать ошибки, так что репарация может приводить к мутациям. А соматические мутации (то есть происходящие в неполовых клетках тела) также рассматриваются в качестве важного фактора, приводящего к злокачественному перерождению ткани.

Вот сколько хлопот от того, что ДНК чувствительна к ультрафиолетовым лучам. А ведь эти лучи едва достигают поверхности Земли, основная их часть поглощается в атмосфере. Так что стоит ли сожалеть, что ДНК прозрачна, как оконное стекло, в отношении видимой части спектра?

Она плавится, но не так, как лед

И все-таки те, кто ждал от молекулы ДНК необычных физических свойств, были вознаграждены. Одномерность и апериодичность кристалла ДНК в полной мере проявляются при его плавлении. Но если кристаллическое состояние ДНК — это понятно, что такое, то как представить его переход в жидкое? Во что может превратиться одномерный кристалл ДНК при плавлении?

Чтобы разобраться в этом, вспомним, почему плавится лед. Лед представляет собой кристалл, построенный из молекул Н₂О. В нем царит строгий порядок, при котором молекулы воды связаны друг с другом максимально возможным числом межмолекулярных связей. Некоторые из этих связей рвутся, другие деформируются при переходе воды в жидкое состояние. Что же заставляет воду быть жидкой при температуре выше О °С? Потеряв часть из связей, ослабив другие, молекулы воды приобретают возможность гораздо свободнее двигаться (перемещаться и вращаться, что становится очень выгодным с ростом температуры. При еще большем нагревании молекулы воды ради полной свободы жертвуют последними связями друг с другом — и происходит переход из жидкого в газообразное состояние. Это общая тенденция. С ростом температуры вещества проявляют готовность пожертвовать энергией связи между молекулами ради увеличения энтропии.

Всё это в полной мере относится и к ДНК — с ростом температуры существование двойной спирали становится невыгодным Межмолекулярные связи, удерживающие две комплементарные цепи друг около друга, рвутся, и из одной двунитевой шмгкулы образуются две однонитевые цепи. Энтропийно (то есть в смысле получения большей свободы) это выгодно потому, что, не будучи связанной с комплементарным партнёром, каждая цепь чувствует себя гораздо свободнее, может приобретать намного больше различных конфигураций в пространстве.

Сами нити ДНК порвать простым нагреванием нельзя — связи, соединяющие нуклеотиды в цепочку, настолько прочны, что их можно разрушить либо сильной кислотой, либо порезать ферментами нуклеазами.

Несмотря на аналогию, плавление ДНК принципиально отличается от плавления льда. Отличие состоит в том, что плавление ДНК происходит в широком интервале температур; этот интервал равен нескольким градусам, а плавление льда происходит строго в одной точке на шкале температур. Это так называемый фазовый переход. При таком переходе скачкообразно изменяется фазовое состояние вещества — из твердого оно становится жидким, из жидкого газообразным.

Мы каждый день сталкиваемся с фазовым переходом, когда кипятим чайник. В процессе кипения система вода — пар находится в самой точке фазового перехода — температура чайника ни на йоту не превысит 100 °С, пока не выкипит вся вода. То же самое будет происходить при нагревании льда или снега. Температура растет до О °С, потом рост прекращается, пока весь лед полностью не растает, а затем температура вновь пойдет вверх.

В отличие от фазовых систем, у ДНК температура растет непрерывно, и с ее повышением все новые участки молекул переходят из спирального состояния в расплавленное. Интересно, что это отличие — прямое следствие одномерности кристалла ДНК. В апериодической ДНК фазового перехода быть не может. Принципиально это также объясняется одномерностью системы, но происходит по иной причине, чем в строго однородном кристалле. Фазы отсутствуют не потому, что они стремились бы перемешаться, как говорил Ландау, а потому, что участки ДНК обогащенные парами А-Т, плавятся при более низкой температуре, чем участки, обогащенные парами Г-Ц. Поэтому  переход в новое состояние происходит не скачком, с ростом температуры, а поэтапно, участок за участком.

Но плавление ДНК — это не просто уникальное физическое явление. Это процесс, который постоянно происходит в клетке. В самом деле, и при удвоении ДНК, и при считывании с нее информации комплементарные нити должны быть разведены, чтобы на каждой из них (в случае репликации) или на одной из них (в случае транскрипции) начался синтез цепей ДНК или РНК.

Как же разводятся нити? Что играет роль утюга, способно расплавить участок ДНК? Эту роль играют специальные ферменты, в частности, РНК-полимераза. Фермент прочно связывается с ДНК и расплетает ее, но не любой участок молекулы, а определенную последовательность нуклеотидов, промотор, расположденный между генами. После того как РНК-полимераза связалась с промотором и расплавила его (раскрывается около 10 нуклеотидов), она начинает двигаться вдоль гена, расплетая на своем пути все новые участки и ведя синтез молекулы мРНК. Те участки гена, с которых полимераза «съехала», вновь захлопываются.

Способность комплементарных цепей ДНК разделяться и соединяться вновь нашла широчайшее применение в биотехнологии и генной инженерии. Хитроумные генные инженеры изобрели поистине чудодейственное устройство, осуществляющее полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Это устройство периодически нагревает и охлаждает образец ДНК. В результате осуществляется  ПЦР, и одна исходная молекула ДНК амплифицируется («преумножается») в пробирке. Вы буквально можете начать с одной молекулы и после Н циклов ПЦР в пробирке получить 2 в степени Н молекул.

 

Литераторы.

Информация в ДНК записана в виде 64 триплетов, которые кодируют 21 аминокислоту. Эти кодоны можно представить в виде букв.

Тогда мы сможем прочитать код так:

ГЛАЗАГОЛУБЫЕ.ВОЛОСЫРУСЫЕ.ХАРАКТЕРНОРДИЧЕСКИЙ.

 

Удивительными можно считать следующие факты: на одном и том же участке ДНК может быть записана информация о двух белках.

Как же это может быть? Представьте себе, в руки вам попала книга, в которой промежутков между словами нет, а слова разделяются стрелками. Сверху строк стоят одни стрелки, а внизу - другие. Деля текст на слова с помощью верхних стрелок, и читали бы допустим «Анну Каренину», а по нижним — Поднятую целину». Скажете, это невозможно? Действительно, такого длинного текста, насколько я знаю, не существует. Но короткий текст такого типа я помню с детства. Вот он:

НАПОЛЕОНКОСИЛТРАВУПОЛЯКИПЕЛИСОЛОВЬЯМИ.

 

Мы видим, что последовательность гена Е находится целиком внутри последовательности гена В. При этом последовательности аминокислот белков Е и В не имеют между собой ничего общего так как они считываются со сдвигом рамки считывания. В этом ситуация в ДНК ФХ174 неожиданней и интересней, чем приведенный выше лингвистический пример. Ясно, что теоретически возможна запись на одном и том же участке ДНК, как максимум информации о трех белках. Такое перекрывание сразу трех генов правда, на небольшом участке, происходит в фаге G4.

Хотя явление перекрывания генов было открыто еще в 1977 г., до сих пор нет никаких вразумительных объяснений, как такое могло получиться в ходе эволюции. Если не считал этого удивительного феномена, то в остальном расшифровка первых вирусных последовательностей подтвердила ранее установленные факты. Была проведена проверка правильности расшифровки генетического кода путем прямого сопоставление последовательностей ДНК и белков. Оказалось, что код рас шифрован без единой ошибки.

 

Кресты и перевёртыши.

 

Кресты возникают для снятия сверхспирализации в в участках с последовательностями-перевёртышами.

ИСКАТЬТАКСИ

НАЖАЛКАБАННАБАКЛАЖАН

РИСЛИНГСГНИЛСИР

В ДНК чаще встречаются перевёртыши, которые читаются одинаково в каждой из цепей в противоположном направлении.

ГААТТЦ

ЦТТААГ

Свойство ДНКовых перевёртышей состоит в том, что они могут образовывать крестообразные структуры. Чем длиннее перевёртыш и сильнее сверхспирализация, тем выше вероятность образования крестов (может возрастать в миллионы миллиардов раз). АТ

 АТ

-ГЦ-

-ЦГ-

 ТА

 ТА

 

Плазмиды

Когда в начале 1950-х гг. Джошуа Ледерберг открыл плазмиды, ничто, казалось, не предвещало этому открытию громкой славы. Собственно, все, что обнаружил Ледерберг, это то, что в кишечной палочке кроме основной ДНК, которая нормально не переходит из одной клетки в другую, есть еще маленькие молекулы ДНК, которые он назвал плазмидами и которыми бактериальные клетки охотно обмениваются. У высших организмов, кроме основной, ядерной ДНК, также существуют маленькие ДНК в цитоплазме.

 О плазмидах заговорили, причем не столько молекулярные генетики, сколько медики, после того как в 1959 г. японские исследователи обнаружили, что неэффективность хорошо зарекомендовавших себя антибиотиков при лечении дизентерии у некоторых больных обусловлена тем, что бактерии, которыми заражены эти пациенты, несут в себе плазмиду, содержащую несколько генов устойчивости к разным антибиотикам.

Оказалось, что вообще гены устойчивости к антибиотикам,то есть гены, из-за которых осложнилась в последние десятилетия борьба с бактериальными инфекциями, почти всегда расположены в плазмидах. Способность свободно переходить из одной бактерии в другую приводит к тому, что плазмиды, несущие такие гены, очень быстро распространяются среди бактерий как только начинается широкое применение того или иного антибиотика. Стафилококковая инфекция, ставшая буквально бичом хирургических клиник, обязана своей дьявольской стойкостью плазмидам.

Столь печальная известность привлекла к плазмидам самое пристальное внимание и медиков, и молекулярных биологов. Изучение плазмид привело к заключению, что это живые организмы совершенно особого типа. До этого считалось, что простейшие объекты живой природы — это вирусы. Вирусы – это ДНК или РНК, помещенной в белковый чехол. Вне клетки  вирус – просто комплекс сложных молекул. То, что свободный вирус больше похож на объект неживой природы, чем на живое существо было ярко продемонстрировано еще до Второй мировой войны, когда из вирусов научились выращивать кристаллы. Однако, попадая в клетку, вирус как бы оживает, становясь искусным а следовательно, очень опасным хищником. Он начинает активно вмешиваться в работу клетки, переключает ресурсы клетки на удовлетворение своих нужд и, в конце концов, губит ее, сам при этом стократно умножаясь. Казалось бы, что может быть совершеннее и в то же время проще?

Плазмида вне клетки — это просто молекула ДНК. Внутри же клетки она ведет вполне «осмысленное» существование, используя часть ресурсов клетки для своего размножения, но строго ограничивая свои собственные аппетиты, чтобы не погубить клетку. В этом смысле плазмида ведет себя умнее вируса. Ведь губя клетку, вирус «рубит сук», на котором сам сидит. Плазмида же размножается вместе с клеткой-хозяйкой. Если вирус можно уподобить алчному хищнику, то плазмида напоминает домашнее животное, особенно собаку. Как у людей бывает одна собака, бывает несколько, а иногда и вовсе ни одной, так и у бактерий может быть одна плазмида, несколько или не быть вовсе. В благоприятных внешних условиях все эти клетки чувствуют себя примерно одинаково. Только иметь плазмиды чуть накладнее — их, подобно собакам, нужно кормить. Но вот условия изменились — клетка попала во враждебное окружение, скажем, в среде появился пенициллин — и плазмида, подобно верному псу, бросилась на борьбу с врагом. Вырабатываемый ею фермент, пенициллиназа, разрушает пенициллин, позволяя клетке выжить. Поэтому сосуществование плазмиды и бактериальной клетки — взаимовыгодный союз или, как говорят биологи, симбиоз.

Хозяин может отдать одну из своих собак другому, так и бактерии способны обмениваться плазмидами. Это свойство плазмид легко переходить «из рук в руки», доставляющее столько хлопот медикам, оказалось как нельзя кстати для генных инженеров. Если плазмиды извлечь из бактерий, вставить в них чужую ДНК, а затем примешать такие гибридные плазмиды к бактериальным клеткам, то по крайней мере часть гибридов будет успешно размножаться в бактериях. Иными словами, благодаря крайней простоте своего устройства плазмиды оказались теми организмами, которые легко переносят хирургическое вмешательство — встройку в них чужеродных генов. Более сложные организмы, даже вирусы, такую операцию переносят гораздо болезненнее.

Используя рестриктазы, получают гибридные плазмиды, содержащие фрагменты ДНК из любых организмов. Затем гибридные плазмиды размножают вместе с бактерией-хозяйкой, так удается многократно умножить включенный чужеродный участок ДНК. Эта процедура получила название клонирования. Клонируют, при помощи плазмид, любые участки ДНК. Этот .прием дал молекулярным биологам уникальную возможность манипулировать генами, причем не только бактерий и вирусов, но и высших организмов. Это открыло путь к замечательным открытиям, о которых будет рассказано в следующих главах. Но главная цель генной инженерии — научиться получать в клетке одного вида конечные продукты генов другого вида, то есть белки.

Роль плазмид в эволюции.

Расчлененные гены

Совершенно естественно, что поскольку аминокислотная последовательность в белках непрерывна, то непрерывной считалась и последовательность нуклеотидов в генах. Многочисленные исследования на бактериях и бактериофагах показали, что это действительно так.

Исследовать детальную структуру генов у высших и их вирусов стало возможным лишь с появлением генной инженерии и после разработки методов чтения ДНКовых текстов. Каково же было изумление и замешательство, когда в 1977 г. выяснилось, что гены у высших организмов не непрерывны, а состоят из отдельных кусков, разделенных какими-то другими последовательностями нуклеотидов! ДНК вдруг предстала этаким •винегретом из генов, порубленных на части. Промежутки между кусками генов бывают разными — от десятков до многих тысяч пар оснований. Как же на таких расчлененных генах синтезируются единые молекулы мРНК, по которым далее идет синтез единых молекул белков? Оказалось, что с участка ДНК, по которому разбросаны куски данного гена, включая и промежутки, снимается копия в виде очень длинной молекулы РНК. Эта молекула-предшественник или, как говорят, про-РНК. Из про-РНК сложным путем нарезания и последующего сшивания (этот процесс иногда называют «созреванием) получаются «зрелые» молекулы РНК, которые уже могут выполнять свои прямые обязанности.

Как удалось установить, в процессе «созревания» или, как его принято называть, сплайсинга РНК участвуют специальные коротенькие молекулы РНК. Они «склеивают» про-РНК так, чтобы специальным ферментам было удобно нарезать ее на куски и вновь сшить, выбросив лишнее. Отметим также, что с легкой руки Гилберта те участки ДНК, слепок с которых сохраняется в ходе сплайсинга, называют экзонами, а выбрасываемые в ходе сплайсинга участки — интронами.

Какие же преимущества дает высшим организмам такой запутанный механизм производства РНК? Ведь он не только очень сложен, но и таит в себе возможности очень грубых ошибок?

На самом деле, физико-химические данные свидетельствуют, что пространственная структура РНК не жесткая, она колеблется между различными состояниями, сильно различающимися но тому, какие участки образуют шпильки или другие элементы пространственной структуры. Это значит, что в одном состоянии про-РНК будет нарезана на куски одним способом, а в другом — иным. Соответственно, разными окажутся выброшенные участки, и «зрелые» молекулы РНК будут очень сильно отличаться друг от друга. Кроме того, накопление небольшого числа (или даже одной) точечных мутаций в про-РНК может существенно нарушить соотношение пространственных структур, которые образует эта молекула.

Гилберт первым обратил внимание на то, что эти недостатки в организации генов эукариот, из-за которых они, по всей видимости, должны сильно уступать прокариотам в точности белкового синтеза, могут обернуться огромными преимуществами и эволюции. Судите сами: большая чувствительность к малым изменениям в ДНК и возможность одновременного синтеза зрелых РНК с совершенно различными последовательностями нуклеотидов — все это может обеспечить искомое. А именно: испытание самых разных новых вариантов без полного отказа от старого.

В ходе изучения сплайсинга РНК Т. Чек (Колорадский университет) сделал открытие, оказавшее столь же ошеломляющий эффект, как в свое время открытие синтеза ДНК на РНК. Он обнаружил, что сплайсинг может идти и без участия белков! Сама РНК, без всякой посторонней помощи, разрезает себя на куски, выбрасывает интроны и сшивает экзоны. Конечно, «самосплайсинг» наблюдается лишь в редких случаях, но принципиальное значение имеет сама возможность того, что РНК ведет себя подобно ферменту. До открытия Чека все были абсолютно убеждены, что тле кислоты сами по себе, без помощи белков, ни на что не пособны. Молекулы РНК, работающие как ферменты, называют рибозимами.

Способность РНК к ферментативной активности проливает свет на одну из центральных проблем предбиологической эволюции – эволюции молекул. Это напоминает вопрос о том, что появилось раньше - курица или яйцо, так как сегодня в клетке белки не могут появиться без ДНК и РНК, а ДНК и РНК ничего не могут без белков. Все же те, кто пытался представить себе, как было дело, склонялись к версии, что сначала были белки, которые могли воспроизводить самих себя.

Открытие рибозимов радикально изменило ситуацию. Теперь кажется наиболее вероятным, что прародительницей всего живого на Земле была молекула РНК.

РНК может играть роль вещества наследственности, может играть роль ферментов, и, наверное могла катализировать реакции производства самой себя.

 

Система реализации наследственного материала, роль белков, мембранных систем – ЭПС, АГ, рибосомы, похоже на завод или конвейер.

 

б) регуляция деятельности внутри организма (нервная система, эндокринная регуляция, иммунная система как система защиты – фагоциты, Т- и В-лимфоциты).

 

5. Что же происходит, если клетка человеческого (любого многоклеточного) организма переходит от коллективистической модели выживания к индивидуалистической? – видео

Раковое заболевание. Причинами раковых заболеваний могут быть мутации, обусловленные как физическими и химическими воздействиями, таки внедрением вирусов (папиллома, краснуха, корь, грипп). – слайды.

 

6. Как изменить стратегию поведения?

Чтобы выжить, необходимо клетки уничтожить, не допустить дальнейшего роста. Т.е. необходима операция, химиотерапия и облучение.

Что ещё может помочь?

Влюбленность – молодой человек с 4 стадией рака, оставалось жить 1-2 недели, встретил любимую, рак отступил на 2 года,

Вера – молитва изменяет структуру воды (снежинки), мужчина с неоперабельным раком уже 3 года живёт, после обретения Веры,

Психологический настрой (ощущение «нужности», наличие благородной цели) – после операции выжил благодаря тому, что почувствовал себя нужным внучке.

И вот тут мы переходим к еще одной загадке, решить которую вполне возможно смогут не биологи и физики, а литераторы. Как нематериальное может принять участие в изменении стратегии выживания вполне материальных «взбунтовавшихся» клеток?