Общие положения.
Здесь мы рассмотрим общую схему строительства живой материи и объекты, участвующие в этом строительстве. Это общие положения молекулярной биологии и у меня к ним претензий нет. Просто чтобы не отсылать читателя на поиски этих явления я их кратко изложу в этой статье.
Процесс строительства живой материи.
Данная фаза, в отличие, например, от фазы происхождения живого, наиболее изучена и детализирована. Многие ее фрагменты процесса строительства четко разграничены, точно описано их функционирование. Но много фрагментов описаны не полно, не точно или вообще не верно. А о некоторых фрагментах вообще почти нигде не говорится и даже, как будь то, на их упоминание наложено негласное табу. В предлагаемых уроках будут упомянуты все фрагменты строительства живого организма, будет изложена общепринятая точка зрения на каждое такое явление, иногда, так называемая, альтернативная точка зрения или точка зрения автора.
Фрагменты строительства организма.
Основными фрагментами строительства являются:
1 – репликация,
2 – транскрипция,
3 – трансляция,
4 – митоз,
5 – строительство морфологии организма (морфогенез).
6 – морфологическая свертка (гаметогенез).
Первые четыре фрагмента изучены и описаны на молекулярном уровне более-менее приемлемо, чтобы понять в общих чертах, что же там творится в клетке. Модели строительства морфологии организма (пункт 5) в потоке информации иногда встречаются, но, наверное, в соотношении одной тысячной, если не реже, по отношению к явлениям 1-4 пунктов. О морфологической свертке организма, то есть о том, как организм, формирует свои наследные клетки, например, яйцо в курице, информации еще меньше, как о наследственных механизмах в клеточной теории Опарина.
Прежде чем приступить к рассмотрению этих явлений, кажущимися такими сложными и таинственными для начинающего изучать или даже уже изучающего эти проблемы читателя, следует представить данные проблемы в простой форме.
Каждый знает, что такое курица, из каких частей она состоит. Можно, конечно, назвать все эти части по латыни, но думаю, это только запутает читателя, поэтому названия будут простые и всем понятные. Туловище, шея, голова, крылья, ноги и хвост – вот все основные части курицы. Эти части в свою очередь состоят из соответствующих частей. Туловище состоит из позвоночника, все возможных групп мышц, кожи, перьев, кровеносной системы, кишечно-желудочного тракта, легких и т.д. Все эти части или органы полно и с величайшей точностью описаны в рамках биологии.
Следующий шаг детализации организма заключается в изучении элементов тканей, образующих органы. Оказывается, что все органы, и в целом вся курица, от кончика клюва до кончика пера на хвосте состоят из клеток. Клетки не видимы на глаз. Правда в природе есть и довольно крупные клетки. Несмотря на все разнообразие клеток по форме, размерам, составу и функционированию, они все в своем составе обязательно имеют молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, так называемую ДНК. Без этой молекулы полноценной клетки в биологическом смысле быть не может. Причем абсолютно во всех клетках данной, подчеркнем - данной, курицы ДНК полностью идентичны на молекулярно-атомарном уровне.
Кроме главной молекулы в клетках имеется множество других элементов, называемых органеллами или органоидами, а также других молекул и атомов, вплоть до ионов. Обязательными элементами для рабочей клетки являются: митохондрия, ядро в эукариотической (ядерной) клетке (курица состоит из таких клеток), сахара, азотистые основания, аминокислоты и множество других элементов, некоторые из них фиксированы в гелеобразном водном растворе, а некоторые свободно плавают в этом растворе и все это окружает клеточная стенка (плазматическая мембрана, оболочка клетки).
Куриное яйцо можно рассматривать как своеобразный склад. На нем хранится оплодотворенная клетка (может быть и неоплодотворенная, тогда цыпленок и такого яйца не вылупится), очень много белка альбумина, сахаров, азотистых оснований, фосфата и всего другого, что необходимо для создания миллиардов разнообразных клеток, которые и составят маленького цыпленочка. Дальше после выхода из яйца цыпленок будет получать требуемые элементы для строения клеток из внешней среды.
Главной хозяйкой в яйце является молекула ДНК. Ее изучили до последнего атома по внутреннему содержанию и полностью все по форме. Определили ее шаг, углы, под которыми стыкуются ее составляющие, как она сворачивается в хромосомный набор и т.д. Мы вкратце напомним ее устройство.
Она состоит всего-навсего из 6-ти типов молекул: фосфата, сахара-дезоксирибозы и четырех азотистых оснований: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). Эти молекулы состоят из 3-4 типов атомов: фосфат – H3PO4, дезоксирибоза - С5Н10О4, аденин – N5C5H5, цитозин – N3C4H5O, гуанин – N5C5H5O, тимин – N2C5H6O2. Больше ничего в молекуле нет. Структуру ДНК открыли Уотсон и Крик. Она представляется в виде лестницы, которая право закрученная в виде спирали. Продольные элементы (ветви) этой лестницы составляют сахар и фосфат. Фосфат через один атом кислорода связывается с одной молекулой сахара, а вторым атомом кислорода связывается со второй молекулой сахара (с другой группой в молекуле сахара). Дезоксирибоза (…HC - HO) + (HO…) фосфат (…OH) + (HO – CH2) дезоксирибоза (…HC - HO) + (HO…) фосфат (…OH) + … Группы ОН молекул, соединяясь, образуют молекулу воды Н2О, и для связи молекул служит атом кислорода. Такая однообразная последовательность чередующихся сахара и фосфата образует ветвь любой молекулы ДНК. У человека длина ветви может достигать метровой длины, в такой ветви содержатся миллиарды молекул сахара и фосфата.
Две ветви молекулы соединены перемычками, подобно ступеням лестницы. Перемычки состоят из азотистых оснований. Два основания, соединенные между собой, образуют одну перемычку. Соединения оснований обладают одной особенностью: аденин может соединиться только с тимином, а гуанин может соединиться только с цитозином. Другие комбинации соединений в организме, например, аденин - гуанин или аденин - цитозин, не возможны.
Свободная группа NH основания через группу ОН дезоксирибозы соединяется со свободной группой СН этого сахара, образуя при этом молекулу воды. Так пара оснований связывается с двумя молекулами дезоксирибозы, образуя ступеньку, называемую парой нуклеотидов (п.н).
Именно так мы и будем называть пару оснований и два сахара. А один фосфат, сахар и одно основание мы будем называть нуклеотидом. Из нуклеотидов состоят ветви ДНК, если сахар дезоксирибоза и из нуклеотидов состоит РНК, если сахар рибоза.
Нуклеотид структурная единица молекулы ДНК. Вся молекула состоит из таких нуклеотидов.
Структура молекулы представлена на Рис. 1.
Цепочка фосфорная кислота 1 – дезоксирибоза 1 – аденин 1 – тимин 1 – дезоксирибоза 2 представляет пару нуклеотидов А-Т. Цепочка фосфорная кислота 2 – дезоксирибоза 3 – тимин 2 – аденин 2 – дезоксирибоза 4 – фосфорная кислота 4 представляют пару нуклеотидов Т-А.
Если молекулу разделить вдоль стыков по основаниям (по линии аа), то получим две ветви в виде гребней. При таком устройстве молекулы по одной ветви можно узнать точное устройство отсутствующей ветви. Видя на ветви аденин, благодаря комплементарности оснований, сразу можно сказать, что на противоположной ветви находится тимин, а если на этой ветви тимин, то на противоположной ветви будет обязательно аденин и т.д. Обладая только одной ветвью можно построить абсолютно точную копию исходной молекулы. Природа так и поступает, она сначала делит исходную молекулу на две ветви, а потом достраивает каждую из ветвей до полной молекулы. Такой процесс называется репликацией.
