Секреты наследственности человека - Афонькин Сергей Юрьевич (полные книги .txt) 📗
Поднимемся теперь на чуть более высокий уровень, на котором сами белковые цепи представляют собой отдельные строительные блоки. Многие ферменты состоят из нескольких таких цепей; они могут быть одинаковыми, разными, и даже выполнять разные функции. Не правда ли, и здесь чувствуется простор для комбинирования? Пример для иллюстрации — фермент лактатдегидрогеназа (он отщепляет водород), представляющий собой тетрамер. Каждая из четырех цепей может быть представлена двумя формами — А или В. В клетках встречаются все пять возможных форм: 4А, 3А1В, 2А2В, 1А3В и 4В. Другой пример — гемоглобин, также являющийся тетрамером и состоящий из двух цепей — альфа и бега. К тому же, в человеческом организме может синтезироваться сразу несколько форм каждой такой цепи. Соответственно, существуют, по меньшей мере, пять различных гемоглобинов, хотя теоретически их должно быть гораздо больше. Случаев подобного рода нетрудно набрать из любого учебника биохимии и молекулярной биологии.
Блочному строению белков соответствует мозаичное строение генов. Четверть века тому назад подобную мысль посчитали бы крамольной или безумной. Теперь же представление о прерывистом устройстве генов кажется не только привычным, но и проникающим уже порой на страницы современных школьных учебников.
В пределах многих, если не всех генов многоклеточных организмов участки, несущие информацию о белках или их частях (экзоны), чередуются с некодирующими участками (нитронами). В процессе синтеза белков с участков ДНК снимаются копии и участки, соответствующие интронам, вырезаются. Вместе с нитронами могут вырезаться и некоторые экзоны. Таким образом, с одной и той же последовательности ДНК могут быть получены разные комбинации, соответствующие несколько отличающимся белкам. Так, закрывая в длинной и невнятной фразе отдельные слова, можно получить короткие и ясные выражения. Хороший пример — прерывистый ген, кодирующий одновременно гормон кальцитонин в паращитовидной железе и нейропептид в гипофизе.
В конце семидесятых годов XX века было выдвинуто предположение, что не несущие информацию о белках интроны играли важную роль в комбинировании экзонов у древних одноклеточных и даже до клеточных организмов. Новый белок получался за счет разных комбинаций уже существовавших кусочков, закодированных в экзонах. Не удивительно поэтому, что теперь многие экзоны в ДНК соответствуют в белках их определенным участкам — доменам. На заре появления первых сложных клеток новые белки возникали, вероятно, в результате соединения и закрепления в таком положении нескольких «отрезков» ДНК. Эволюция самих генов может быть представлена не только и не столько появлением новых генов, сколько удвоением и перераспределением уже имеющихся.
Любопытно, что у современных позвоночных животных этот процесс создания белкового разнообразия путем комбинирования отдельных кусочков ДНК повторяется вновь и вновь при развитии иммунной системы. По приблизительным оценкам в организме каждого человека синтезируется до миллиона различных форм белков-иммуноглобулинов. Именно это разнообразие и обеспечивает удивительную способность организма противостоять инфекциям, распознан практически любые чужеродные белки и клетки. Столь огромное, подавляющее воображение разнообразие возникает за счет способности генов, кодирующих иммуноглобулины, появляться в процессе созревания лимфоцитов из большого, но все же ограниченного числа небольших, участков ДНК. В самом общем виде, не вдаваясь в тонкости, процесс образования генов иммуноглобулинов можно уподобить сдаче карт во время игры в покер или в подкидного дурачка. Количество карт в колоде ограничено, но число их комбинаций, которые оказываются на руках при сдаче, очень велико.
О том, как природа «играет в карты» в процессе мейоза, тасуя хромосомы родителей и создавая, в конечном счете, уникальные генетические сочетания у потомков, уже было рассказано в самом начале книги. На уровне целого хромосомного набора также может происходить комбинирование отдельных блоков. Под таким углом зрения можно рассматривать делении (утраты части хромосом), инсерции (вставки) и инверсии.
Хорошо известно, что гены способны «включаться» и «выключаться», то есть служить сиюминутным источником информации для синтеза белков, или до поры до времени такую информацию клетке не предоставлять. Поскольку у человека, по современным оценкам, должно быть около 30 тысяч генов, можете представить себе, какой практически бесконечный простор для творчества возникает из-за возможности их включать и выключать в разных комбинациях. Не лишне упомянуть при этом, что аминокислотные последовательности белков человека отличается от таковых гориллы лишь на несколько процентов. Иначе говоря, они практически совпадают. А какая значительная между нами разница! Она возникает не за счет новых «человеческих» белков, а за счет иного умелого комбинирования уже существующих. Представьте такую ситуацию: вы слышите совершенно различную фортепианную музыку. Скажем, первый концерт Рахманинова и джазовую мелодию в стиле регтайм. Бросаетесь к двум инструментам с надеждой обнаружить причины различий и находите одни и те же черные и белые клавиши! Такая же ситуация с белками и генами. Искусство эволюции состоит в умении их комбинировать.
Гены-непоседы
Существенную роль в создании генетического разнообразия принимают участие так называемые мобильные диспергированные гены (МДГ). Знамениты они тем, что не имеют определенного фиксированного «адреса» в хромосомах и могут перемещаться по геному в широких пределах, что и отражено в их названии. Диспергированные — значит расположенные в разных местах. Мобильные — значит подвижные (лат. mobilis — подвижный, быстрый, проворный). Если сравнить геном с толстой книжкой, то мобильные гены будут похожи на отдельные фразы или даже абзацы, которые оказываются каждый раз на новом месте в разных ее экземплярах или даже в пределах одной книги. Раскрываешь ее после перерыва, а несколько строчек из предисловия перескочили в заключение. С напечатанными текстами такого не случается, а вот с генами — пожалуйста! Впервые такие «непоседливые» гены были открыты в начале пятидесятых годов XX века американской исследовательницей Барбарой Мак-Клинток, изучавшей генетику кукурузы. В то время никто из биологов не верил в существование подвижных генов, и заслуженное признание пришло к ней позже, когда ее открытие было подтверждено молекулярно-биологическими методами.
В конце XX века стало очевидно, что подвижные гены присутствуют, по-видимому, у всех организмов, включая человека. В каждый момент времени геном наших клеток можно рассматривать как комбинацию положений разнообразных подвижных генов на хромосомах. Количество таких возможных комбинаций пока не оценено, но вероятно, оно очень велико. Вклад подвижных генов в функционирование и эволюцию организмов только начинает проясняться, но уже очевидно, что он может быть значительным. Мобильные диспергированные гены, например, влияют на работу соседних с ними генов и вызывают наследуемые изменения — по сути, мутагенез. Однако не это главное.
Р Б. Хесин, автор замечательной монографии «Непостоянство генома», писал, что с его точки зрения, «главная эволюционная роль перемещающихся элементов состоит в том, что они… переносят чужеродные гены между разными, подчас даже очень отдаленным организмами»., Другими словами, геномы организмов не являются совершенно замкнутыми системами, своеобразными раз и навсегда заданными множествами генов, в пределах которых возможны различные комбинации, перестановки и только. Пусть редко, пусть не всегда, однако в состав геномов может включаться чужеродная генетическая информация. Обыденная практика говорит нам, что разные виды от этого не начинают походить друг на друга. Однако если мерить скорость течения реки времени геологическими, эволюционными мерками, возможность переноса генов от одних видов к другим может объяснить многие удивительные факты.
