ДНК — молекула наследственности¶

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это макромолекула, в которой хранится генетическая информация всех живых организмов и многих вирусов. Простыми словами, ДНК представляет собой длинную молекулу-«инструкцию», записанную на языке из четырёх химических «букв», которая определяет, каким будет организм: его строение, цвет глаз, рост и множество других признаков. Молекула ДНК состоит из двух цепей, закрученных в двойную спираль, — эту форму в 1953 году открыли Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик.

¶Структура молекулы

ДНК построена из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трёх частей: сахар-дезоксирибозы, фосфатной группы и одного из четырёх азотистых оснований. Именно основания выполняют функцию «букв» генетического кода:

Две цепи ДНК соединены попарно: A всегда связывается с T, а G — с C. Эти пары называются комплементарными. Благодаря такому правилу каждая цепь служит матрицей для копирования второй — при делении клетки молекула раскручивается, и по каждой цепи собирается новая.

Две спирали скручены вокруг общей оси, а их «ступеньки» образуют пары оснований. Общая длина молекулы ДНК в одной клетке человека составляет около 2 метров, но она плотно упакована в ядре диаметром всего 6 микрометров.

¶Гены и хромосомы

Функциональные участки ДНК, отвечающие за конкретный признак, называются генами. У человека около 20–25 тысяч генов. Гены расположены в хромосомах — плотных комплексах ДНК и белков. У большинства людей в каждой клетке 46 хромосом, сформированных в 23 пары: одна хромосома из пары получена от матери, другая — от отца.

Последовательность нуклеотидов в гене задаёт порядок аминокотислот в белке. Этот процесс идёт в два этапа: сначала участок ДНК копируется в молекулу РНК (транскрипция), затем РНК используется как матрица для сборки белка (трансляция). Белки выполняют большинство функций в организме — от переноса кислорода гемоглобином до сокращения мышц.

¶Роль в наследственности

ДНК — материальный носитель наследственности. При размножении организм передаёт потомкам копию своих молекул ДНК, поэтому потомки наследуют признаки родителей. Изменения в последовательности нуклеотидов — мутации — могут возникать спонтанно или под действием внешних факторов (радиация, некоторые химические вещества). Мутации являются источником наследственного разнообразия и могут вызывать как полезные изменения, так и наследственные болезни.

¶Открытие истории

Природа наследственности изучалась более века. В 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мизер впервые выделил из ядер клеток вещество, названное нуклеином. В 1944 году Освальд Эвери, Маклин Маккарти и Колин Маклод доказали, что именно ДНК, а не белки, несёт генетическую информацию. В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик на основе рентгеноструктурных данных Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса построили модель двойной спирали ДНК — это открытие стало одним из ключевых в истории биологии и получило Нобелевскую премию в 1962 году.

¶Применение знаний о ДНК

Современная наука и медицина активно используют свойства ДНК:

• Генетическая диагностика — выявление наследственных заболеваний по анализу ДНК.
• Криминалистика — ДНК-экспертиза для идентификации людей по биологическим следам.
• Генное инжиниринг — внесение изменений в ДНК с помощью ферментов (например, CRISPR-Cas9) для лечения болезней и создания модифицированных организмов.
• Генеалогические тесты — определение родства и происхождения по маркерам ДНК.
• Палеогенетика — извлечение и анализ ДНК из останков древних организмов, включая вымерших животных.

¶Интересные факты

• Геном человека (полный набор ДНК) содержит около 3,2 миллиарда пар оснований.
• ДНК человека на 99,9% идентична ДНК другого человека; при этом человек и шимпанзе совпадают примерно на 98,7%.
• Молекулы ДНК обладают высокой стабильностью: при правильном хранении их можно выделить из окаменелостей и мумифицированных тканей возрастом в десятки тысяч лет.

Источники:

• Уотсон Дж., Бейкер Т., Белл С. и др. Молекулярная биология гена.
• Альбертс Б. и др. Клеточная биология.
• Львов Н.П. Молекулярная биология.
• Watson J.D., Crick F.H.C. Molecular Structure of Nucleic Acids (Nature, 1953).