Александр Харс - Я познаю мир. Биология

Чтобы информация, содержащаяся на карте, не пропала, карту, если она необходима нескольким путешественникам, надо не порвать, а скопировать – напечатать или перерисовать копии этой карты, причем желательно как можно более точные. Так и с генетической информацией, содержащейся в ядре, – ее надо не просто поделить поровну между образующимися дочерними клетками, а сначала изготовить два экземпляра копий и затем «раздать» их потомкам. Иначе через несколько делений от генов останутся одни обрывки и клетки просто погибнут.

Носителями генетической информации, как мы уже говорили в разделе, посвященном строению клетки, в клеточном ядре являются хромосомы.

image l:href="#image132.png"

Схема деления клетки (митоза): 1 – центриолъ; 2 – ядро; 3 – ядерная оболочка; 4 – ДНК; 5 – ядрышко; 6 – хромосомы; 7 – центриолъ со звездой микротрубочек; 8 – центромера; 9 – веретено деления

Обычно их в ядре много, и при этом у каждого организма их строго определенное число: у комнатной мухи – 12, у щуки – 18, у дождевого червя – 32, у гадюки – 36, у человека – 46, у шимпанзе – 48, у воробья – 76, у карпов – 104. В обычном состоянии клетки они в ядре не видны. Только когда клетка собирается делиться, их можно увидеть и подсчитать.

Чтобы понять, каким образом клеткам удается «снимать копии» со своих хромосом, нам нужно разобраться, что они представляют собой с химической точки зрения, то есть как они устроены.

Хромосомы – это гигантские молекулы вещества, которое называется дезоксирибонуклеиновой кислотой. Чтобы не ломать каждый раз язык, ученые придумали сокращенное название – ДНК. Во время деления молекулы ДНК вместе с поддерживающими их вспомогательными белками закручены в тугой жгут – вот тогда их и можно увидеть в обычный микроскоп. Во время нормальной работы клетки молекулы ДНК разворачиваются, перестают быть видимыми, но зато с них может считываться и использоваться генетическая информация.

Развернутая молекула ДНК похожа на длиннющую веревочную лестницу с частыми перетяжками – «ступенями». Каждая половинка этой «лестницы» или, как чаще говорят, двойной спирали представляет собой длинную цепочку сложных молекул, называемых нуклеотидами. (Слова «нуклеотиды» и «нуклеиновая» кислота происходят от латинского слова nucleus – ядро.) Всего в ДНК встречается 4 типа нуклеотидов: аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые принято обозначать буквами А, Г, Ц и Т. В последовательности нуклеотидов цепочки ДНК зашифрована вся наследственная информация; это как бы «буквы» генетического алфавита.

Нуклеотиды одной половинки ДНК соединяются с нуклеотидами другой половинки, и самое главное, соединяются не как попало, а по строгим правилам. Аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), и никогда не соединится с нуклеотидами Ц или Г, а цитозин (Ц), как вы уже догадались, соединяется только с гуанином (Г). Соответственно, Т устанавливает пару с А, а Г – с Ц.

Способность нуклеотидов соединяться только со своим «напарником» и позволяет копировать ДНК без потери информации. Вот как это происходит: молекула ДНК раскручивается и расщепляется продольно на две половинки. Каждая половинка этой удивительной молекулы достраивает потерянную часть (при этом каждый нуклеотид подбирает себе пару строго по правилам, описанным выше) и вновь становится двойной спиралью.

Расщепление начинается с одного конца, и по мере того, как молекула распадается на две половинки, каждая энергично достраивается, присоединяя к себе недостающие фрагменты. Таким образом, обе половинки становятся двумя молекулами ДНК. При этом обе молекулы, образовавшиеся из половинок исходной, будут полностью идентичны. Теперь надо только каждую из них распределить между образующимися дочерними клетками и можно не беспокоиться: каждая из них получит полноценный набор генетической информации.

image l:href="#image133.png"

Соединение нуклеотидов в ДНК

Итак, хромосомы – важнейшие молекулы организма. Они несут всю генетическую информацию и ответственны за все наследственные свойства и особенности организма. Более того, у большинства животных (о забавных исключениях из этого правила мы поговорим чуть позже) именно хромосомы определяют пол особи.

Встретив примеры различного числа хромосом (см. с. 55), вы, возможно, заметили определенную закономерность: число хромосом во всех приведенных случаях было чётным. Случайность? Нет, если посчитать число хромосом у любого вида животных или растений, оно всегда (за редкими исключениями, куда уж без них) будет кратно двум. Дело в том, что у многоклеточных организмов (кроме грибов) набор хромосом в каждой клетке двойной – по два экземпляра каждой хромосомы. А вот в половых клетках набор хромосом одинарный и, соответственно, их число может быть и нечётным. При образовании половых клеток каждой из них достается только один набор хромосом, а при их слиянии – оплодотворении – одинарные наборы складываются и новый организм опять получает положенный ему двойной набор хромосом. И так из поколения в поколение. Если бы перед образованием половых клеток число хромосом в них не уменьшалось, то в каждом поколении их становилось бы в 2 раза больше, и очень скоро они бы просто не помещались в ядре и вообще в клетке.

Каждая пара хромосом любого организма по своей величине и форме чем–то отличается от других пар хромосом того же организма.

image l:href="#image134.png"

Набор хромосом дрозофилы: А – самки; Б – самца

image l:href="#image135.png"

Дрозофила

Но в каждой паре обе хромосомы совершенно одинаковы и только в одной паре (в одной из 87 пар хромосом балтийской миноги, или в одной из 4 пар дрозофилы, или в одной из 23 пар хромосом человека) могут быть соединены разные хромосомы. Ученые называют их половыми хромосомами, так как именно они определяют пол их владельца.

В клетках женского организма хромосомы каждой пары, в том числе половые, идентичны. Они содержат две так называемые «X» (икс) хромосомы. У самцов пара половых хромосом содержит одну «X» и одну «Y» (игрек) хромосомы.

image l:href="#image136.png"

У некоторых животных ситуация обратная: у бабочек, ручейников и птиц половые хромосомы одинаковы не у самок, а у самцов. Например, у петуха все клетки тела содержат две мужские половые хромосомы – у птиц их обозначают буквой «Z», а у курицы клетки тела содержат хромосомы: «Z» и «W» (так обозначают женскую половую хромосому у птиц).

image l:href="#image137.png"

Ручейник

Y–хромосома у млекопитающих обычно гораздо мельче женской и несет совсем мало генетической информации. А у некоторых животных, например у кузнечиков, мужской хромосомы может и вовсе не быть. В таком случае у самок набор хромосом – XX, а у самцов не XY, а ХО, и этот «ноль», т. е. отсутствие второй половой хромосомы и заставляет молодой организм становиться самцом.