ДНК — главный носитель генетической информации

Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей орга­низации зависит от генетической информации, которая сохраняется в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК — это вещество, из которого состоят гены. Размножение живых организмов, передача наследственных свойств из поколения в поколение и развитие многоклеточного организма из оплодотворенной яйцеклетки возможны потому, что ДНК способна к само­воспроизведению.

Чтобы лучше представить себе, полученные молодым американским биохимиком Джеймсом Уотсоном и молодым английским физиком-теоретиком Френсисом Криком, результаты, вообразите длинную лестницу. Вертикальные стойки этой лестницы состоят из молекул сахара, кислорода и фосфора. Важную функциональную информацию в молекуле несут ступеньки лестницы. Они состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молекулы — четыре азотистых основания — представляют собой одиночные или двойные кольца, содержащие атомы углерода, азота и кислорода и способные образовывать две или три водородные связи с другими основаниями. Форма этих молекул позволяет им образовывать связи — законченные ступеньки — лишь определенного типа: между А и Т и между Г и Ц. Другие связи возникнуть не могут. Следовательно, каждая ступенька представлена либо А—Т либо Г—Ц. Теперь вообразите, что вы берете собранную таким образом лестницу за два конца и скручиваете — вы получите знакомую двойную спираль ДНК.

Считывая ступеньки по одной цепи молекулы ДНК, вы получите последовательность оснований. Представьте, что это сообщение, написанное с помощью алфавита всего из четырех букв. Именно это сообщение определяет химические превращения, происходящие в клетке, и, следовательно, характеристики живого организма, частью которого является эта клетка. На другой цепи спирали никакой новой информации не содержится, ведь если вам известно основание, которое находится на одной цепи, вы знаете и то, какой должна быть вторая половина ступеньки. В некотором смысле две цепи двойной спирали относятся друг другу так же, как фотография и негатив.

Открыв двуспиральную структуру ДНК, Уотсон и Крик поняли и тот простой способ, которым осуществляется воспроизведение молекулы ДНК — как и должно происходить при делении клетки. По их собственным словам, «от нашего внимания не ускользнул тот факт, что наблюдаемая нами специфичная парность азотистых оснований непосредственно указывает на возможный механизм копирования генетического материала».

Такой «возможный механизм копирования» определен структурой ДНК. Когда клетка приступает к делению и необходима дополнительная ДНК для дочерних клеток, ферменты начинают «расстегивать» лестницу ДНК, как застежку-«молнию», обнажая индивидуальные основания. Другие ферменты присоединяют соответствующие основания, находящиеся в окружающей жидкой среде, к парным «обнажившимся» основаниям — А к Т, Г к Ц и т. д. В результате на каждой из двух разошедшихся цепей ДНК достраивается соответствующая ей цепь из компонентов окружающей среды, и исходная молекула дает начало двум двойным спиралям.

Точно так же, как каждое великое открытие основано на работе предшественников, оно дает начало новым плодотворным исследованиям, поскольку ученые используют полученную информацию для движения вперед. Можно сказать, что открытие двойной спирали дало толчок последующему полувековому развитию молекулярной биологии, завершившемуся успешным осуществлением проекта «Геном человека».

ЖИВОЕ И НЕЖИВОЕ.

Издавна человек наблюдал окружающий его мир и ви­дел, что он состоит из живых и неживых тел. Люди, живот­ные, растения - несомненно живые, а камни, песок, вода - нет. Живое, умирая, тоже становится неживым. Накапли­вая знания о природе, человек стремился определить, что же такое жизнь, каковы ее характерные признаки.

Счита­лось, что свойствами, присущими живому телу, является способность к движению, дыханию и размножению. Однако ни один из этих признаков не является достаточно полной характеристикой живых существ, выделяющей их из остального мира, и не может служить основой определения жизни. Убедимся в этом, рассмотрев несколько подробнее каждый из трех признаков.

Способность к движению, которую живое тело утрачива­ет после смерти, свойственна далеко не всем живым телам: губки, почти все растения - неподвижные живые тела. С другой стороны, движущиеся машины и механизмы, соз­данные человеком, ни в коей мере не являются живыми.

Характерная для живых организмов способность к ды­ханию, в процессе которого они потребляют кислород и вы­деляют углекислый газ, также не является исчерпывающим признаком. Ведь мы ежедневно наблюдаем неживые систе­мы, потребляющие кислород и выделяющие углекислый газ: это и горящие дрова, и бензиновый двигатель, и любая реакция окисления органического вещества. В то же время есть, безусловно, живые организмы (некоторые простейшие и микробы), вообще не потребляющие кислород.

Даже такой, казалось бы, весьма характерный признак живого, как способность к размножению, тоже нельзя счи­тать абсолютно верным и постоянным. Существуют живые организмы, неспособные к воспроизведению потомства: ра­бочие пчелы, мулы. И вместе с тем созданные руками человека машины могут производить следующие поколения подобных себе машин.

Живое тело представляет собой типичную открытую систему - оно существует до тех пор, пока из внешней среды доставляется энергия и пища, а в окружающую среду выделяются продукты жизнедея­тельности. Поскольку живое тело - от простейшего до са­мого сложного - является открытой системой, эту характеристику, безусловно, следует ввести в определение жизни.

Еще один признак живых тел состоит в их способности автоматически сохранять и поддержи­вать постоянство своего биохимического состава. Главной и постоянной частью всех без исключения живых тел яв­ляются белки. Кроме того, существенной и постоянной со­ставляющей живых тел служат нуклеиновые кислоты. Важно отметить, что живое состояние характеризуется присутствием не любого белка, а белка, сохраняющего свою первичную, вторичную и троичную структуры с присущими ему свойствами. В умер­шем организме белки утрачивают исходную структуру. Для поддержания белка в характерной для живого состоя­ния природной форме необходим обмен веществ, способст­вующий созданию и поддержанию условий, при которых природный белок устойчив.

Формы живого мира необычайно многообразны. В насто­ящее время, как считают ученые, на Земле 1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов, относящихся к растительному царству, если включить в эту группу также водоросли, грибы и бактерии. Около 10 тыс. новых видов, в основном насекомых, ежегодно описываются специалистами и полу­чают свои строго научные названия. И при этом считается, что по меньшей мере еще 1-2 млн. видов до сих пор не изу­чены. Живая Природа разнообразна и многолика!

Дать точное, строгое и исчерпывающее определение жизни чрезвычайно трудно, и один из методов ее описания заключается в том, чтобы перечислить основные признаки и свойства, которые присущи живым организмам и отсут­ствуют у большинства неживых систем, не пытаясь найти единое общее определение.

1. Живые организмы сложны и высокоорганизованны. Сложностью отличается как внутреннее строение живых организмов, так и состав и строение химических веществ, из которых они построены.

2. Все живые организмы способны к обмену веществом и энергией.

3. Универсальным свойством живого является способ­ность реагировать на изменения в окружающей среде.

4. Живые организмы прекрасно соответствуют своему образу жизни, хорошо приспособлены, адаптированы к сре­де обитания.

5. Способность к самовоспроизведению (размножению) - самая удивительная особенность живых организмов. Их наследственность и изменчивость подчиняются нескольким общим для всех живых существ основным законам.

6. Все органы, микроскопические структуры и молекулы организма выполняют свои, строго определенные функции. Все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования, возникло в результате эволюции, в ходе естественного отбора. Эволюция - процесс исторического развития, изменения от про­стого к сложному - присуща всему живому.