Введение в биологию — пост №18

XVIII
Репликация

Итак, мы знаем, что информация, необходимая для синтеза белков (то есть информация о правильном порядке аминокислот в полипептидах) закодирована в ДНК, и нам нужно разобраться, каков реальный механизм реализации этой информации. Но прежде, чем мы обсудим механизмы, ведущие к появлению белка, нам нужно обсудить механизмы, ведущие к появлению ДНК. Откуда берётся она? На это, кажется, можно сказать, что ДНК наследуется, её не надо создавать заново, и поэтому нет повода для такого вопроса. Однако на самом деле повод имеется, и сама необходимость постановки этого вопроса имеет, возможно, большее значение, чем ответ на него.

Как говорилось в первом разделе (про свойства живого), живые системы представляют из себя «реки Гераклита», это текучие, динамические объекты, постоянно, если можно так выразиться, заменяющиеся сами собой. В отличие от неживой природы, где есть вещи, которые «просто есть», в живой природе постоянное наличие перед нашими глазами каких-то объектов означает, что они постоянно появляются; само существование здесь обусловлено постоянным становлением. В случае с ДНК это становится очевидным, если вспомнить, что молекулы ДНК могут уничтожаться (и иногда это с ними происходит). Организмы гибнут, их тела разлагаются, и вместе с ними разлагается их ДНК. Один съеденный мною помидор означает уничтожение гигантского количества молекул ДНК. И такие вещи происходят ежедневно и даже ежесекундно. Если ДНК каким-то волшебным образом при таком положении дел всё не кончается, это означает, что она всё время откуда-то берётся. Собственно, наследование ведь не означает, что родители должны просто передавать мне свою ДНК, ведь тогда им после этого пришлось бы обходиться без неё. Конечно, ДНК должна копироваться, она должна «размножаться» вместе с размножением её «хозяев».

Как мы помним, ДНК обычно представляет собой длинную молекулу из двух закрученных друг относительно друга цепочек нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов в одной цепочке представляет собой уникальную информацию (как правило, нельзя предсказать последовательность нуклеотидов в одном участке по другому участку той же цепи), а вот вторая цепь «дублирует» первую, так как имеет комплементарную последовательность. Зная принцип комплементарности, мы в принципе можем определять вторую цепь по первой. Таким образом, информация в молекуле ДНК уже скопирована: если две цепи разделить, то «ничего не потеряется», по каждой цепи можно будет достроить недостающую. Так и делается.

Процесс увеличения числа молекул ДНК — это процесс копирования молекул ДНК, и он называется репликацией. Двойная спираль ДНК раскручивается, цепи разъединяются, и на каждой собирается новая комплементарная цепь. Такого рода процессы — сборка полимерной цепи на основе информации, содержащейся в другой цепи — носят название реакций матричного синтеза. В данном случае используется понятие «матрица», используемое в технике и, в частности, в типографии — оно означает «образец», «штамп», «шаблон». Матрица — это то, с чего снимается отпечаток.




Как видим, в каждой из двух получившихся в результате молекул ДНК одна цепь — «старая», взятая из материнской молекулы, а другая — «новая», синтезированная заново. Такой механизм репликации называется полуконсервативным («половина из прошлого»). Гипотеза о полуконсервативном механизме репликации была подтверждена в 1958 году в ходе эксперимента, проведённого М. Мезельсоном и Ф. Сталем, которые метили исходную ДНК с помощью изотопной метки (включая в неё изотоп азота ¹⁵N) и обнаружили, что после репликации метка примерно в равной мере включается в дочерние молекулы ДНК. Если бы механизм был, например, консервативным (одна молекула целиком используется как матрица, обе цепи другой молекулы синтезируются заново), половина молекул ДНК после репликации не содержала бы изотопной метки (содержащие метку молекулы, очевидно, отличаются по массе).
( Читать дальше )