Познание биологического развития с учетом принципов действия и влияния природы генома человека вероятно только при условии рассмотрения химических компонентов, составляющих нашу жизнь, и того, что они делают. Эти химические компоненты локализованы в клетках, составляющих сложные организмы, к примеру человека. С них мы и начнем изучение вопросов молекулярной генетики.
Клетки человека
Человеческий организм состоит более чем из 200 разных видов клеток,являющихся самыми мелкими независимыми структурами в нем. Не обращая внимания на собственный разнообразие, фактически все отечественные соматические (телесные) клетки имеют пара однообразных, неспециализированных компонентов, как продемонстрировано на рис. 3.1. Внешний слой клетки — клеточная мембрана— пористый, что разрешает впускать вовнутрь клетки питательные вещества, а продукты жизнедеятельности производить наружу. В клетки находится цитоплазма, складывающаяся из громадной совокупности разных и высокоспецифичных структур, поддерживающихся волокнистым ци-тоскелетом во взвешенном состоянии. Митохондрииявляются источниками энергии клетки; они обрабатывают питательные вещества и снабжают клетку энергией. Эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджии рибосомыявляются структурами «сборочного конвейера», что создаёт многие виды протеинов (белков), нужных для жизни и функционирования как клетки,
Глава 3. среда и Наследственность 1 05
Рис.3.1. Соматическая клетка. Источник: Human heredity: principles and issues, 4th
edition, Copiright © 1997. Reprinted with permission of Wadsworth, an imprint ot the
Wadsworth group, a division of Thomson learning
так и всего организма. Внутренней частью клетки есть ядро,кроме этого окруженное пористой мембраной, отделяющей его от другой цитоплазмы и одновременно с этим разрешающей химическим веществам свободно проходить через нее в обоих направлениях. Наконец, в ядре локализована большинство дезоксирибонуклеино-войкислоты (ДНК).ДНК выступает в роли «органа аккуратной власти» клетки и есть базой (базой) наследственности.
ДНК. Структура ДНК была раскрыта Джеймсом Уотсоном, Фрэнсисом их коллегами и Криком (Watson, Crick, 1953). Посредством дедуктивных логических выводов, сделанных на основании анализа работ ранних исследователей и листа бумаги, вместившего всего лишь две страницы текста, Крик и Уотсон совершили революцию в смежных дисциплинах и биологии, за что позднее взяли Нобелевскую премию. На рис. 3.2 представлен созданный на компьютере образ «двойной спиральной» структуры ДНК.
ДНК — это макромолекула, владеющая высокой сложностью организации. Она складывается из солидного числа мелких молекул, со своей стороны складывающихся из атомов. В случае если гипотетически «развернуть» отдельный сегмент ДНК и представить его в виде лестницы (рис. 3.3), мы смо-
Рис.3.2. Созданная на компьютере модель сегмента ДНК
106 Часть I, Начало
Рис. 3.3. Сегмент ДНК, представленный в виде лестницы. Р = фосфат, S = сахароза, А = аденин, Т = тимин, С = цитозин, G = гуанин
жем заметить составляющие ее блоки, именуемые нуклеотидами.Любой нуклеотид складывается из молекулы соли фосфорной молекулы и кислоты сахарозы, каковые формируют боковые стойки лестницы, и из одной из четырех азотно-уг-леродно-водородных баз:адениновой (А), тиминовой (Г), цитозиновой (С) и гуа-ниновой (G), объединенных водородной связью по парам, формирующим ступени лестницы.
Базы связываются в базисные парыв строго определенном порядке, не допускающем вариантов. В силу собственного химического строения аденин может связы-
Глава 3. среда и Наследственность 1 07
ваться лишь с тимином, а цитозин — лишь с гуанином. Но имеется три ответственных момента, подверженных вариации: (1) сторона лестницы, к которой относится любая базисная пара; (2) порядок, в котором базисные пары следуют на лестнице; (3) общее число базисных пар. Благодаря этим вариантам существуют различия между видами, т. е. все живые организмы применяют только эти четыре базисные пары, но с разным их способами и количеством размещения. К примеру, состав ДНК у отечественных ближайших «соседей», шимпанзе, более чем на 98% аналогичен отечественному — и менее 2% ДНК несут ответственность за те значимые различия, каковые существуют между нами (см., к примеру, Pinker, 1997).
Как отмечалось в начале главы, результаты, опубликованные Cetera genomics corporation, говорят о том, что геном человека составлен из 3,12 миллиарда «букв»; в действительности это указывает, что в ДНК человека находятся 3,12 миллиарда базисных пар. Более того, ДНК каждого среднего человека примерно на 99,9% аналогична ДНК любого другого обычного человека (Lander, 1999). Только 0,1% несёт ответственность за биологический вклад во все отечественные личные различия по физическим и психотерапевтическим чертям. Полученные эти приводят к большим сомнениям по поводу наличия смысла в понятии «раса».
На молекулярном уровне большая часть этих 0,1% личных различий принимает форму отдельных нуклеотидных полиморфизмов(SNPs — single nucleotide polymorphisms — «снипс»). Снипс — это вариации нуклеотидов, случающиеся в среднем у 1 из 1250 базисных пар (Celera genomics corporation, 2000), что образовывает около 5 миллионов согласно данным Celera, не смотря на то, что считается, что лишь от 10 до 20% из них делают значимые функции. К моменту написания данной книги Celera genomics corporation и Human Genome Project выяснили более половины из них, и темпы раскрытия таковы, что большая часть либо все они, возможно, будут идентифицированы к тому моменту, в то время, когда вы прочтете ее. Но, как и при с неспециализированным геномом человека, потребуется значительно больше времени для изучения того, что же в действительности делают все эти 5 миллионов нуклеотидных полиморфизмов. Одновременно с этим появляется задача определения известных нуклеотидных полиморфизмов, обусловливающих разные заболевания, и тех, что оказывают помощь растолковать разные виды реакций людей на медицинские препараты.
Быть может, в итоге кроме этого будут идентифицированы и те отдельные нуклеотидные полиморфизмы, каковые детерминируют личности и биологические предпосылки интеллекта, создавая возможности как для громадных научных открытий, так и для рисков злоупотребления этими знаниями.
синтез и Гены протеинов (белков)
Понятие геновкак главных единиц наследственности было известно задолго перед тем, как молекулярная генетика смогла подтвердить их значение и наличие, выяснить химическую природу. Ген (что кое-какие предпочитают именовать локусом — locus1) — это выраженный сегмент ДНК, что может иметь длину от нескольких сотен до нескольких миллионов базисных пар. До сих пор подлинное количество генов в геноме человека неизвестно. Оценки колеблются от 30 до 120 тысяч; обобщая оценки, полученные разными дорогами, данный диапазон возможно сузить до 65-80 тысяч (Strachan, не сильный, 1999). На момент написания этих
1 Locus (англ. букв.) — расположение гена либо аллели в хромосоме. — Примеч. перев.
1 08 Часть I. Начало
Рогаев Е.И. Молекулярная генетика мозга
