2 курс / Физиология / Сборники и учебники / Anatomia_i_fiziologia_dlya_chaynikov

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибо­ нуклеиновая кислота (РНК) - представляют собой полимеры, состоящие из тысяч мономеров, называемых нуклеотидами и выстроенных один за другим

вдлинную цепь (см. рис. 3.4). Функционирование генов неразрывно связано

схимической структурой мономеров нуклеиновых кислот.

Нуклеотиды состоят из молекулы сахара (дезоксирибозы (в случае ДНК) и рибозы (в случае РНК)), пуринового или пиримидинового азотистого осно­ вания и одной, двух или трех фосфатных групп, присоединенных эфирными связями к пятому углероду сахара.

Всостав нуклеотидов входит одно из четырех азотистых оснований:

»в молекулах ДНК: пурины аденин (А) и гуанин (G); пиримидины ци­ тозин (С) и тимин (Т);

»в молекулах РНК: пурины аденин (А) и гуанин (G); пиримидины ци­ тозин (С) и урацил (U).

Эти основания соединяются друг с другом в особые пары. (См. раздел "Структура гена" ниже в этой главе, где обсуждается биологическая значи­ мость образования таких комплементарных пар.)

82 ЧАСТЬ 1 Основные сведения о физиологии

Комплементарными парами являются :

»С и G

»А и Т в ДНК

»А и U в РНК

ГsюВодо;;одные- }

СВЯЗИ

Цитозин [D Аденин ПJ Тимин

S Дезоксирибоза

РФосфатная группа

Нить 1

© John Wiley & Sons, /пс.

Рис. 3.4. МолекулаДНК состоит из тысяч нуклеотидов

Отличия и подобия в структурах ДНК и РНК создают условия для их совместной деятельности в процессе синтеза белка в клетках. Защищенная ядерной оболочкой от повреждений молекула ДНК сохраняется в ядре в не­ изменном виде в процессе нормального функционирования клетки. Молекула РНК строится "по требованию" с целью передачи закодированной в гене ин­ формации о синтезе того или иного белка. После выполнения своего задания эта молекула распадается, а сохранившиеся невредимыми нуклеотиды вновь используются для синтеза РНК.

Ге н ы и генети чески й материал_____

Информация об анатомическом строение нашего организма, а также о всех протекающих в нем физиологические процессах содержится в нашем собственном уникальном наборе генов и управляется ним. Такая особая со­ вокупность генов организма, называемая геномом, присуща только данному конкретному индивидууму, если только он не имеет однояйцевого близнеца. Мы получаем свой уникальный набор генов от наших родителей при слия­ нии яйцеклетки матери и сперматозоида отца. Наш геном (т.е. набор наших генов) построен из молекул ДНК и находится в ядре каждой клетки нашего организма.

Геном насчитывает тысячи и тысячи генов. Предварительные под­ счеты количества индивидуальных генов в геноме человека давали и и по разным оценкам от 23 ООО до 75 ООО генов, причем преобладали

6t i данные в сторону нижней границы этого диапазона. В каждой клет- ке только очень немногие из этих генов когда-нибудь экспрессиру­ ются , т.е. активируются и используются для синтеза белка.

Как правильно описать наши характерные черты и особенности {или признаки)

Наши гены определяют наши признаки. Если генетически определено, что ваш рост достигнет 180 см (ваш характерный признак), гены заставят ваши кости и ткани расти до нужной величины. Затем при благоприятных услови­ ях внешней среды они будут поддерживать этот признак (рост) на заданном уровне, пока клетки с работающими внутри них генами не состарятся и не погибнут.

Гены, определяющие такой признак, как карий цвет глаз, управляют об­ разованием соответствующего пигмента. Если у вас есть гены, обусловлива-

84 ЧАСТЬ 1 Основные сведения о физиологии

ющие выработку холестерина с низкой плотностью, значит, имеется склон­ ность к развитию атеросклероза, что также является характерным признаком. В странах, где традиционный рацион питания содержит избыточные коли­ чества красного мяса, этот признак может создать вам проблемы. В других условиях он совершенно безвреден.

Называть признак "безвредным", наверное, неправильно с формаль­ ной точки зрения, учитывая тот факт, что назначением каждого из признаков является усиление выживаемости организма в опреде­

т ленных условиях окружающей среды. И это всегда так, даже если мы точно не знаем предназначение того или иного признака.

Структура гена

Физическая структура молекулы ДНК, называемая двойт-юй спиралыо ДНК, является ключом к функционированию генов (см. рис. 3 .4). Двойную спираль ДНК можно сравнить с лестницей или застежкой "молния". Ее функ­ ционирование больше всего напоминает некую кодовую систему.

Ваш код

Символами генетического кода являются нуклеотиды. В любом языке сло­ ва закодированы в виде неких субъединиц (букв), расположенных в опре­ деленной последовательности. Например, слова это, то, там и тот пред­ ставляют собой разные слова, имеющие разный смысл и предназначены для выражения тех или иных мыслей.

Ген состоит из нуклеотидов, расположенных в определенную последова­ тельность. Он может быть длиной от нескольких до множества нуклеотидов (представьте себе слово, умещающееся на 20 страницах), но определенный ген всегда состоит из одних и тех же нуклеотидов, расположенных в одной и той же последовательности вдоль одной нити ДНК. Порядок расположе­ ния нуклеотидов принципиально важен: ACTTAGGCT не то же самое, что

ACTAAGGCТ.

Согласно доминирующей в наши дни теории каждый ген определяет пос­ троение молекулы одного белка. Такая модель называется "один ген - один белок". Если последовательность расположения нуклеотидов нарушена, мо­ лекула белка, синтезированная на ее основе будет бесполезной, а функцио­ нирование соответствующего организма, скорее всего, будет нарушено в той или иной степени.

ГЛАВА 3 Немного о биологии клетки

Клето н ы й ц и кл_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Жизненный цикл каждой клетки называется клеточным циклом. Момент дробления клетки, когда клеточная мембрана впячивается вдоль "экватора" считается окончанием жизненного цикла материнской клетки и началом цик­ ла каждой дочерней клетки.

Обычно, но отнюдь не всегда, интерфаза является самым продолжитель­ ным периодом клеточного цикла. Интерфаза подходит к концу, когда клетка делится в процессе митоза. Оба эти периода клеточного цикла мы рассмот­ рим в последующих разделах.

Клетки, которые делятся и которые не делятся

Любая клетка возникает в результате деления другой клетки, но не все клетки делятся дальше.

»Стволовые клетки. Это особые недифференцирован ные клет­ ки-предшественники некоторых типов соматических клеток, в ре­ зул ьтате деления которых образуется одна новая стволовая и одна новая соматическая клетка, которая в дал ьнейшем дифференциру­ ется в определенный тип клетки, принадлежащий определен ной ткани организма.

»Эмбрион (организм на самых ранних стадиях своего развития) имеет особые стволовые клетки, называемые полипотентными (т.е. "обладающие многими возможностями"), из которых при оп­ ределенных химических условиях среды образуются практически все виды необходимых организму клеток. После завершен ия эм­ брионал ьной стадии развития эмбриональные стволовые клетки исчезают, а вместо них в определен ных типах тканей возникают другие стволовые клетки, та к называемые мультипотентными или взрослые стволовые клетки. Эти клетки специализируются на образовании новых клеток для этих тканей. (В главе 9 будет опи­ сано, как из стволовых клеток костного мозга образуются разные типы клеток крови.)

»Половые клетки (гаметы). Эти клетки образуются, когда специа­ л изированные соматические клетки в репродуктивной (половой) системе делятся в резул ьтате процесса, называемого мейозом

(редукционным делением клеток). Мейоз является единственным клеточным процессом в жизненном цикле организма человека, в резул ьтате которого образуются гаплоидные клетки. Подробнее о половых клетках и процессе мейоза можно прочитать в главе 1 4.

НЕ КОНТРОЛ И РУЕМЫ Й РОСТ КЛ ЕТОК

Вклетках нашего организма присутствуют гены, контролирующие клеточ­ ный цикл, а именно частоту, с которой клетки подвергаются митозу. В резул ь­ тате мутаций в этих генах клетки могут делиться непрерывно. Этот неконт­

ролируемый рост клеток является не чем иным, как раковым заболеванием. В резул ьтате л юбая ткань нашего организма имеет все шансы превратиться в злокачественную. Самыми распространен ными в мире онкологическими заболеваниями являются рак легких, молочной железы, ободочной и прямой кишки и рак простаты.

Раковые заболевания классифицируются в соответствии с органами и типами пораженных клеток. Клетки, образовавшиеся в результате неконтролируемого деления, могут поражать окружающие ткани, что приводит к развитию опухоли.

ГЛАВА 3 Немного о биологии клетки