Рекомбинация
Процесс рекомбинации при делении клетки позволяет получать новые клетки с уникальным набором генов, отличающимся от набора родительской клетки.
Генетическая рекомбинация происходит в процессе мейоза, то есть деления клетки с образованием половых клеток – спермы, пыльцы, яйцеклеток и т. д. В 1931 г. процесс описали американский генетик Барбара Мак-Клинток и ее аспирантка Хариет Крейтон. Ученые работали с генетическим материалом кукурузы и обнаружили, что только на одной паре хромосом (они называются гомологичными) присутствовали узловатые структуры. Мак-Клинток и Крейтон заметили, что эта особенность влияет на цвет и крахмалистость зерна. Затем ученые отследили эти признаки, наблюдая мейоз в более поздних поколениях растений.
Полученные в результате мейоза дочерние половые клетки, или гаметы, остаются с половиной родительских хромосом. Кроссинговер, или перекрёст, начинается, когда гомологичные хромосомы расходятся. Гаметы разных организмов подвергаются рекомбинации вследствие оплодотворения и формируют новые особи. Мак-Клинток и Крейтон показали, что части хромосом кукурузы, ответственные за определенные признаки, меняются местами в ходе мейоза. Признаки, связанные с узелками в хромосомах родительской клетки, проявлялись в более поздних поколениях, уже не имевших таких узелков, доказывая, что произошел обмен генетическим материалом.
Механизм рекомбинации
Генетическая рекомбинация – это сложный процесс, контролируемый ферментами. Они «обрезают» участки ДНК, составляющие гомологичные хромосомы. В первой фазе мейоза гомологичные хромосомы удваиваются, выстраиваются в нужной последовательности, цепи ДНК соседних хромосом перекрещиваются и обмениваются генетическим материалом. Далее хромосомные пары расходятся и делятся на четыре дочерние клетки (гаметы), некоторые из которых могут иметь новую комбинацию генов, отличную от генов родителей. Рекомбинация важна, так как создает генетическое разнообразие. А разнообразие позволяет популяциям адаптироваться к меняющейся среде. В течение многих лет научное сообщество игнорировало работу Мак-Клинток и Крейтон. Интерес к ней возродился с развитием электронной микроскопии в конце 1930-х гг. Ученые увидели генетическую рекомбинацию в деталях, а в 1953 г. британский биолог Фрэнсис Крик и американский биолог Джеймс Уотсон открыли структуру ДНК. В 1983 г. Барбара Мак-Клинток была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Рекомбинация на генетическом уровне происходит во время мейоза, когда гомологичные хромосомы обмениваются участками ДНК (скрещиваются) и позже делятся, образуя гаметы с разным набором генов.
Витамины
Витамины – это вещества, необходимые для поддержания здоровья. Организм человека не может производить большинство из них, а потому нуждается в правильном питании.
Все мы знаем о пользе витамина C, который присутствует во фруктах и овощах. Его обнаружил в 1931 г. венгерский физиолог Альберт Сент-Дьёрдьи (1893–1986). Открытие было важно, поскольку помогло осознать роль лимоннокислого цикла, или цикла Кребса, в метаболизме клетки. Для поддержания хорошего здоровья важны все витамины, а 13 из них жизненно необходимы. Витамины A, D, E, и К жирорастворимы, их запас может храниться в теле. Они содержатся в пище, богатой жирами, например в молочных продуктах и жирной рыбе. Витамин A важен для зрения: в его отсутствие может развиваться куриная слепота, или никталопия, то есть ослабление зрения при тусклом свете. Витамин D необходим для здоровья костей и зубов. Самый важный источник витамина D – это солнце: витамин синтезируется в коже под действием ультрафиолетовых лучей. Нехватка витамина D приводит к рахиту – нарушению развития костей. Витамин Е необходим кровяным клеткам. Витамин К чрезвычайно важен для процесса свертывания крови; его производят некоторые кишечные бактерии, а также он присутствует, например в шпинате, капусте, киви и сое. Витамин С и группа из 12 витаминов группы В растворимы в воде. Организм не может запасать их, поэтому людям нужно потреблять их ежедневно. Витамины группы В требуются в том числе для клеточного дыхания и метаболизма, а также для поддержания всех главных систем организма. Они присутствуют в крупах, молочных продуктах, печени, зеленых овощах.
Витамины часто используются в качестве ферментов или сырья для синтеза других химических веществ, участвующих в метаболизме.
МОРЯКИ И ЛАЙМЫ
Отсутствие витамина С приводит к цинге, или скорбуту, симптомами которой являются выпадение зубов и кровоизличния на коже. Болезнь была серьезной проблемой в длительных морских плаваниях. В 1747 г. шотландский хирург Джеймс Линд рассудил, что в рационе моряков чего-то не хватает. Он стал давать морякам, больным цингой, лаймы, и симптомы быстро исчезали. Лайм и другие цитрусовые (а также облепиха, черная смородина и шиповник) – прекрасный источник витамина C.
Британских моряков прозвали «лаймис», так как на борту их кораблей всегда был цитрусовый сок.
РНК
Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это химическое вещество, очень похожее на ДНК. Оно необходимо для передачи генетической информации от ДНК в ядре клетки ко всей клетке в целом.
Первый шаг к открытию РНК и ее роли в молеклуярной биологии клетки был сделан в 1869 г., когда швейцарский врач Фридрих Мишер выделил из ядра клеток гноя неизвестную субстанцию. Мишер назвал ее «нуклеином». Через несколько лет немецкий биохимик Альбрехт Коссель показал, что нуклеин – это кислота, содержащая пять азотистых оснований, а именно аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил. Коссель получил в 1910 г. Нобелевскю премию по физиологии и медицине за выделение и описание нуклеиновых кислот.
Прошло еще несколько лет, прежде чем биологи установили, что имеется два типа нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. В 1933 г. бельгийский биохимик Жан Браше показал, что ДНК локализована в хромосомах, тогда как РНК присутствует в цитоплазме всех клеток. Браше отметил, что клетки, богатые РНК, как правило, активно участвуют в синтезе белка, и пришел к выводу, что РНК имеет отношение к этому процессу. Механизм, связывающий ДНК, РНК и синтез белка, сегодня известен как центральная догма молекулярной биологии, но он открылся ученым, только когда стало ясно строения ДНК, то есть в 1953 г.
Вирус гриппа не содержит ДНК, генетическую информацию о нем несет РНК. Вирус не может размножаться самостоятельно: для этого он захватывает клетки организма-хозяина, вызывая знакомые всем симптомы.
