Глава 4. ДНК и РНК

ДНК (DNA) – дезоксирибонуклеиновая кислота построена из комбинации четырех кирпичиков – нуклеотидов. Это аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Нуклеотид состоит из нуклеинового основания, сахара и фосфорной кислоты, соединенных между собой, таким образом, что в центре находится пятиуглеродный сахар дезоксирибоза, к которому с одной стороны присоединено нуклеиновое основание, с другой остаток фосфорной кислоты.

Отличаются между собой нуклеотиды только нуклеиновым основанием.

Два из которых есть производное гетероциклического соединения из двух колец – пурина, лежащего в основании таких веществ как кофеин или мочевая кислота. Если к пурину присоединить аминогруппу, т.е. один атом азота с двумя атомами водорода, то в зависимости от места присоединения образуется нуклеиновое основание Аденин (А) или Гуанин (Г).

Другие два есть производное гетероциклического соединения с одним кольцом – пиримидина. Пиримидин является основой многих как чрезвычайно полезных (витамин В1) так и опасных для жизни веществ. Если к нему присоединяется аминогруппа и один атом кислорода, то такое нуклеиновое основание называется Цитозином (Ц), а если метильная группа (СН3) и два атома кислорода, то – Тимином (Т).

В двойной спирали ДНК всегда, без исключений аденин соединяется (располагается напротив) с тимином, а гуанин с цитозином.   

РНК (RNA) – рибонуклеиновая кислота устроена по такому же принципу, только в основе ее нуклеотидов лежит сахар – циклическая пятиуглеродная рибоза. Только в РНК нет нуклеинового основания тимин, а есть Урацил (У), который представляет собой тимин, у которого отняли метильную группу. Почему так, не знаю. И знает ли кто-нибудь, вопрос.

Никаких разновидностей ДНК в клетках человека нет, а вот с РНК не все так просто.

В организме человека существуют три основных разновидности РНК: м-РНК – матричная, еще ее называют информационной, т-РНК – транспортная и р-РНК – рибосомная.

Информация о каком-либо белке находится, естественно, в ДНК. А как информацию овеществить в белок? Для этого существуют РНК. На участке ДНК, содержащем информацию о нужном клетке белке, синтезируется матричная РНК, одной из задач которой вывести информацию из ядра клетки, где сосредоточена ДНК, в цитоплазму клетки и доставить ее к клеточной структуре – рибосоме, на которой будет происходить сборка нужного белка. Рибосома содержит рибосомальную РНК, по которой белок и собирается. Аминокислоты «отлавливают и доставляют к месту сборки транспортные РНК. Всё было приблизительно ясно и понятно до определенного времени.

Но вдруг выяснилось, что есть целые семьи РНК и больших, и маленьких, и просто совсем миниатюрных, которые никакого отношения к непосредственному производству белков не имеют. И получили название потому – некодирующие (non-coding) РНК (ncRNA). Информация о их структуре и о том, как их нужно собирать, также хранится в ДНК. Самое удивительное: этих некодирующих РНК такое количество, что информация о них в ДНК занимает гораздо больше места, чем информация о белках.

Существуют, например, длинные (long) некодирующие РНК (lncRNA). Длина их по нуклеотидным основаниям что-то около 200 и более. Их полно и в ядре клетки и в цитоплазме. Сколько их разновидностей в животной клетке (по некотором оценкам до 15000) и чем они конкретно озабочены не совсем ясно и понятно.

И это, естественно, далеко не все. Однажды были обнаружены миниатюрные (по длине: всего 20-25 нуклеотидов) РНК, которых также оказалось превеликое множество в клетке. Их так и окрестили микро-РНК (miRNA). Поначалу их посчитали просто обломками иных РНК, но постепенно было выяснено их огромное значение в регуляции всего производства белков и передачи информации с этой целью.

Этим все, конечно, не закончилось – да и закончится ли когда-нибудь? Сегодня имеются представления той или иной степени о множестве различных РНК, наиболее важных и изучаемых в организме млекопитающих две разновидности:  открытые в 1993 году микро-РНК и обнаруженные в 2001 году пи-РНК (piRNA или piwiRNA).

Более 50000 уникальных последовательностей piRNA было обнаружено у мышей и более 13000 – у мушки-дрозофилы (D. Melanogaster). Считается, что у млекопитающих существует много сотен тысяч различных видов пиРНК. Но у человека они присутствуют только во время эмбриогенеза.

Чем же все они занимаются в клетках млекопитающих? Если коротко, управлением работой генов.

Зачем я всё это рассказываю своему читателю? Чтобы показать, что строение и функционирование одной единственной животной клетки невероятно сложно и далеко не понятно и не изучено по сей день. Зато вам взахлеб станут рассказывать, как самозародилась в тине морской живая клетка и развилась, борясь за существование, в разумную особь.

                ******

И молекула ДНК, и молекула РНК не путешествуют внутри клетки в развернутом состоянии. Для ДНК – это совсем нонсенс. Напомню, что длина ДНК порядка двух метров. Они упакованы в сложные пространственные трехмерные структуры. Пространственная организация молекул РНК для нашего повествования не имеет значения, а вот об организации ДНК пара слов.

Как было рассказано в прошлой главе ДНК сосредоточено в ядре клетки в виде хромосом. Как устроена хромосома? Хромосома состоит из хроматина, львиную объемную долю которого занимает комплекс из белков гистонов – до 50%. Около 40% – молекула ДНК, а остальное – негистоновые белки и РНК.

Структурная единица хроматина получила название нуклеосома (см.рис.). Нуклеосому образуют молекула ДНК размером около 200 нуклеотидов, намотанная спирально на четыре пары белков-гистонов (1).

В нуклеосоме присутствует только четыре разновидности гистонов: Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Так как они находятся как бы в центре, вокруг которого намотана спираль ДНК, их назвали коровыми гистонами или кор-гистонами от слова core – сердце или сердцевина.

Этих сведений для нашего повествования вполне достаточно, но к гистонам и их удивительным свойствам, о которых речь впереди, мы еще не раз вернемся.



(1) Гистоны открыл в 1884 году немецкий биохимик Альбрехт Коссель (Ludwig Karl Martin Leonhard Albrecht Kossel). По совокупности достижений в 1910 году был удостоен Нобелевской премии.

Продолжение http://proza.ru/2021/04/28/700