7dogs (7dogs) wrote,
7dogs
7dogs

Category:

ГЕНЕТИКА ДЛЯ "ЧАЙНИКОВ"

Оригинал взят у valkiriarf в ГЕНЕТИКА ДЛЯ "ЧАЙНИКОВ"
Про гены, чебырашки и Шекспира

Меня тут в закулисье пнули: напиши, Муррка, про эпигенетику. Почему бы и не написать про эпигенетику?

Эпигенетика штука клевая, но ее практически невозможно объяснить без хоть какой-либо базы генетики, это как объяснять про аппликации к айфону человеку, который не знает что такое айфон. Так что сначала я озвучу основы, а уж потом займемся эпигенетикой.



Итак, что такое генетика?

Генетика - это наука о наследуемых свойствах, если у родителей глаза голубые, а у ребенка вдруг карие, то... генетика – продажная девка империализму, и все вы врети! Каждое свойство нашего организма так или иначе закодировано в наших генах. Иногда свойство закодировано одним геном, иногда сочетанием нескольких, а иногда много-много генов влияют на одно свойство, да еще подвержены влиянию внешней среды до такой степени, что генетическую составляющую с полпинка и не найдешь.

Возьмем классический пример моногенного свойства: окраска цветка пресловутого менделевского душистого горошка. Или сморщенность его же (Менделя) семян.



Все просто: получил от родителей А – быть тебе сморщеным, получил Б – быть тебе гладким.

Свойство, кодируемое несколькими генами, можно увидеть на кошках. Окрас шерсти кодируется на нескольких хромосомах, причем одна из них хромосома Х, т.е. у кошек этого гена две штуки (и они могут кодировать разное), а у котов – только одна, обделили. Не будем вдаваться в подробности, но если вы видите трехцветное или черепаховое (черный с коричневым) животное, знайте – перед вами кошка, а не кот. Ну или хотя бы генетически оно женского полу, а что там с гендером – это уже другой вопрос.



Стоп, у нас тут уже и гены, и хромосомы, а я еще ничего не объяснила.

Итак, представим себе книгу, многотомник, собрание сочинений Шекспира. Каждый том – хромосома, вроде бы отдельная книга, но полный смысл и красоту она имеет только в составе полного собрания сочинений. В данном случае носитель информации - ДНК, каждая хромосома состоит из одной очень длинной нитки ДНК. Внутри этой книги слова, часть из них нам понятна, часть кажется что понятна, а часть – такое впечатление, что Вильям Батькович бредил. Так или иначе, все это написано буквами, букв всего 4 (A, C, G, T), вот такой бедный алфавит. Из этих 4-х букв складываются слова, очень-очень длинные слова из десятков и сотен тысяч букв, которые в конце концов будут иметь биологический смысл, но пока неочень.



Итак, представили себе длинную нитку с нанизаными на нее буквами-бусинами, которые теоретически складываются в слова, но начало и конец слова на первый взгляд никак не обозначены, никаких пробелов, никаких переносов строки, сплошной набор букв.

Чтобы добраться до смысла всей этой абракадабры, нужно ее перекодировать. Для этого существует огромная система распознавания начала и конца слова. Опознав начало слова, белковый комплекс садится на ДНК и зовет РНК-полимеразу. РНК-полимераза прибегает и считывает вот от этого дуба и до следующего флажка, обозначающего конец слова. Сей процесс называется "транскрипция". На самом деле все намного сложнее, но сейчас не будем об этом.

Итак, "считывает", что значит "считывает"? На основе того, что написано в ДНК, РНК-полимераза строчит другой полимер, РНК, буквы которого химически отличаются от букв ДНК, но на поверхности довольно похожи и называются A, C, G, U и еще иногда I, но это снова дебри.



Итак, после этого этапа декодировки, мы имеем еще один полимер, который несет в себе информацию куска, мааааленького кусочка, изначального кода, который в ДНК, который в хромосоме. Вот этот кусок хромосомы, от флажка "старт" до флажка "стоп", называется геном, иногда туда же впихивают регуляторные последовательности-флажки, которые могут быть очень-очень длинными. Ген – это единица информации.

В некоторых случаях молекула РНК – это то, что имел в виду господин Шекспир, это конечная функциональная единица. Другая часть продолжает свой путь, конечная цель которого - белок.

Чтобы получить нечто осмысленное с точки зрения белка, изначальную молекулу РНК режут на кусочки и склеивают заново, выбрасывая ненужное. Это называется сплайсинг. Что нужно, а что не нужно - тоже обозначено флажками, причем эта разметка может меняться в зависимости от вида клетки и всевозможных внешних факторов. У мухи дрозофиллы есть ген, из которого получается 384 различных белка только за счет разной разметки - что оставить в конечном коде, а что выбросить. Одно слово в коде ДНК может быть интерпретировано трехстами разными способами. Заметка на полях: куски местами не меняются, порядок всегда сохраняется, а вот кому остаться, а кому вылететь из конечного кода – это очень интересный вопрос, инога вопрос жизни и смерти всего организма.

Итак, мы поиздевались над бедной молекулой РНК, от которой после сплайсинга осталась хорошо если половина. Но нам нужен белок, как мы доберемся до белка? Приходит еще одна огромная белковая машина называемая рибосомой и считывает информацию, находящуюся на РНК, в третий полимер, полипептид, его буквы (мономеры) называются аминокислоты. Это то, что мы называем белком.



Сей процесс называется "трансляция".

Как считывает? Находит флажок "начинать здесь", это совсем другой флажок, не имеющий ничего общего с флажком "старт" на ДНК, того флажка уже давно нет, и он вообще написан на другом языке, языке ДНК, язык ДНК рибосома не понимает, она понимает только язык РНК, и то только если в молекуле есть правильные последовательности-флажки.

Мы помним, что некоторые РНК не имеют своей конечной целью белок, им рибосомы совершенно не нужны, поэтому на них этих флажков нет. Рибосома садится на подходящую последовательность и давай читать. В отличие от РНК-полимеразы, которая считывает и перекодирует один к одному: одна буква ДНК перекодируется в одну букву РНК, с рибосомами все сложнее. Они считывают код по три буквы, каждый такой триплет (кодон) – одна буква белка.

Если мы внимательно посчитаем, то различных трехбуквенных сочетаний можно построить 64 штуки, а аминокислот (букв алфавита белков) 22, т.е. на каждую аминокислоту приходится по несколько вариантов трехбуквенного кода. Это будет важно, когда мы будем говорить о мутациях.

Итак, пришла рибосома, села на РНК, и давай скакать шагами по три буквы, синтезируя при этом белок на основе этой информации. На картинке вы можете подсмотреть расшифровку кода: слева – первая позиция кодона, сверху вторая, а справа – третья, на пересечении – название аминокислоты, которая кодируется данным триплетом. Заметьте, что три сочетания отведены под стоп – это место, где рибосома заканчивает синтез белка и бежит искать следующую жертву.



А что будет, если рибосома начнет не с первой буквы кода, а со второй? Окно считывания (фрейм) сдвинется, на выходе получится совершенно другой белок, совершенно непохожий на тот, который закодирован в первой системе окон.

А ведь еще есть третья буква кодона... вы представили себе количество вариантов?

А теперь вернемся к сплайсингу, когда мы разрезали и склеивали РНК. Добавление или изъятие одной буквы при склеивании пустит под откос весь оригинальный код, фрейм считывания после места склеивания будет сдвинут! С одной стороны круто, в одной последовательности ДНК можно закодировать сразу три белка, но если вы попробуете это сделать, то поймете, что это очень непросто. Ведь белок это не просто случайный набор аминокислот, оно должно выполнять какую-то функцию, поэтому не каждый набор букв будет иметь какой-то смысл. Кроме того, при сдвиге рано или поздно получатся кодон стоп, и белок обрывается на самом интересном месте. В общем, функциональное кодирование различных белков путем сдвига фрейма скорее исключение чем правило, зато замена кусков путем сплайсинга случается на каждом углу.

Итак, у нас был 23-хтомник Шекспира, в котором написана изрядная абракадабра. Применяя всевозможные каббалистические методы расшифровки, мы синтезировали некоторое количество белков. Надо заметить, что последовательности кодирующие собственно белок составляют около двух процентов изначальной абракадабры, все остальное долго считалось мусором, балластом, ну или в крайнем случае физической поддержкой "осмысленного" кода. За посление лет 20-30 это мнение слегка поменялось. Оказалось, что всеми этапами перекодировки надо руководить и их регулировать.

Каждая клетка содержит в себе весь генетический материал, теоретически, из любой клетки организма можно воспроизвести заново весь организм. Но далеко не все гены работают в каждой отдельно взятой клетке, включены только те, которые данной конкретной клетке в данный конкретный момент нужны для функционирования. Кому включаться, а кому выключаться зависит от флажков "старт" на ДНК. Если висит зеленый флажок, а системы, считывающей зеленые флажки в данной клетке нет, то флажок может висеть до посинения, этот ген работать не будет. Если система зеленого считывания в клетке имеется, но на один из зеленых влажков нанесли красные крапинки – система его не опознает и ген под крапленым флажком работать не будет пока крапинки не уберут. Все остальные зеленые флажки будут работать как ни в чем не бывало.

Еще есть славная фишка, когда у одного и того же гена есть несколько систем флажков, которые открываются и закрываются в соответствии со своими какими-то правилами и считывание происходит с разных стартов и заканчивается разными стопами. И такая дребедень в очень большом количестве происходит на каждом уровне кодировки и после нее.

Например, как долго живет каждая конкретная молекула РНК? Сколько таких молекул одновременно находятся в клетке? Где они находятся, клетка большая. Сколько рибосом и на какой скорости считывают информацию? Сколько и какие варианты сплайсинга существуют для данного конкретного гена в данной конкретной клетке, каково количественное соотношние между этими вариантами. Где и в каком количестве находится итоговый белок? Есть еще всякие нахлобучки на собственно белок, которые могут изменить его функцию на обратную.

Вернемся к Шекспиру. Каждые 23 тома содержат всю информацию, которая требуется для развития и поддержания жизнедеятельности организма. В каждой клетке (кроме половых) есть два полных собрания сочинений: один от папы, один от мамы. Большинство генов работают параллельно из обоих собраний. Если копии несколько разнятся в том или ином белке или регуляторных последовательностях, это может иметь какие-то последствия, а может и не иметь. Очень часто одна копия служит бэкапом второй, и тогда мы не видим, что с одной из копий что-то не так.

Есть гены, которые помнят откуда они пришли, от папы или от мамы, и в ребенке работает только материнская копия (допустим), тогда если в материнской копии проблемы, проблемы будут у всего организма, бэкап выключен. Гены на половых хромосомах, X and Y, в отличие от всех остальных хромосом, дублируются не полностью. Поэтому если есть болезнь, связанная с хромосомой Х (это необязательно болезнь, связанная с полом, на Х-хромосоме много чего висит), то у девочек есть некоторый бэкап, а мальчикам не повезло. Почему у девочек только некоторый бэкап? Потому что одна из хромосом Х на определенном, очень раннем, этапе развития отключается, чтобы не было лишних копий работающих генов, ведь у мальчиков только одна копия. Какая из двух хромосом отключится в каждой конкретной клетке, мы не знаем.


Я вас загрузила? Ничего подобного, еще и не начинала! Вот теперь я пойду погрызу эпигенетику, как догрызу – расскажу. (источник)



Tags: ДНК, генетика, наука
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment