Homo sapiens под микроскопом

• Из тубулина также построены толстые филаменты цитоскелета.

• Тонкие филаменты цитоскелета построены из актина.

• Промежуточные филаменты цитоскелета в разных тканях состоят из разных белков:

• В эпителиальной ткани – цитокератины.

• В мышечной ткани – десмин.

• В соединительной ткани – виментин.

• В нервной ткани два белка: в нейронах – нейрофибрилярный белок, а в клетках глии – кислый глиальный белок.

• К мембранным органоидам относятся: эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизо-, фаго- и пероксисомы, а также митохондрии.

• Эндоплазматический ретикулум бывает гладкий и шероховатый.

• Шероховатый имеет на поверхности рибосомы, а значит, синтезирует белки.

• В гладком эндоплазматическом ретикулуме синтезируются углеводы и липиды.

• В комплексе Гольджи модифицируется и упаковывается все, что синтезируется в ретикулумах.

• Транспортные везикулы, лизо- и пероксисомы отделяются от комплекса Гольджи.

• Митохондрии имеют две мембраны, свою ДНК и свои рибосомы. Их главная функция – выработка АТФ, универсальной энергетической валюты клетки.

Откуда я взялся, почему я похож на маму и папу и что такое генетическая информация?

Откуда берутся дети?

Чтобы получился новый человек, не нужны аист и капуста, а нужны специальные половые клетки.

Мой и ваш организм состоит из двух видов клеток: соматических и половых.

Тело человека построено из огромного количества разных клеток, которые формируют органы. Тело по-гречески называется сома (от греч. ???? – тело), поэтому клетки тела называют соматическими. Соматические клетки, например, клетки печени, мышц или нервные клетки, у мужчин и женщин одинаковые. Из соматических клеток человека не может получиться новый организм или родиться новый ребенок. Чтобы появлялись дети, нужны половые клетки. У мужчин и женщин разные половые клетки – именно они в первую очередь, как и органы, в которых они образуются, отличают мужчин от женщин. А как же клонирование и овечка Долли? Это отдельная история, но даже для получения овечки Долли нужна была половая клетка мамы-овцы – яйцеклетка.

Чем отличаются половые клетки от соматических клеток?

Они отличаются числом хромосом.

В соматических клетках все хромосомы парные. Две первые, две вторые, две третьи хромосомы и так далее. Парный набор хромосом называют диплоидным (рисунок 8).

Рисунок 8. Кариотип человека (парные хромосомы)

В половых клетках, или гаметах, – одинарный гаплоидный, или гаметический, набор хромосом. При слиянии двух гамет образуется диплоидная клетка, из которой развивается новый организм.

У человека в соматических клетках 46 хромосом, а в половых – 23. Однако долгое время считалось, что у человека 48 хромосом. Одним из первых, кто сосчитал хромосомы у человека, был американский ученый Теофилус Пейнтер. В 1921 году он ошибся в подсчетах и заявил, что хромосом 48. И только через 35 лет, в 1956 году, два исследователя, Дж. Чью и А. Леван, опубликовали статью, в которой расставили все точки над «и», не побоявшись авторитетов, и сделали нас сорокашестихромосомными жителями планеты[7 - Tjio J. H. The chromosome number of man / J. H. Tjio, A. Levan // Hereditas., 1956. Vol. 42. Is. 1–2. P. 1–6.]. Почему не побоялись авторитетов? Потому что за 35 лет в большом количестве учебников и научных статей все говорили и писали так же, как Пейнтер. Более того, в тех статьях, где были фотографии, и на них было видно только 46 хромосом, в тексте все равно писали магическое число 48.

По количеству хромосом мы с вами отличаемся от живущих рядом с нами животных. У кошки 38 хромосом, а у собаки 78. Корова счастлива со своими 120 хромосомами, а свинья не страдает из-за того, что у нее хромосом в три раза меньше, чем у коровы, всего 40.

И половые, и соматические клетки образуются из диплоидных клеток. Почему же у них разный набор хромосом? Соматические клетки делятся митозом, а половые клетки образуются в результате мейоза.

Когда клетка «надумала» делиться, она вступает в клеточный цикл (рисунок 9). Клеточный цикл состоит из интерфазы и непосредственно деления клетки (митоз или мейоз). И мейозу, и митозу предшествует интерфаза.

В интерфазе выделяют три периода: G1 (1-й период роста), S (синтетический период) и G2 (2-й период роста).

В G1 и G2 происходит удвоение количества органоидов. В S-период удваивается количества ДНК в ядре. После интерфазы ДНК хватит на 92 хромосомы, а органоидов – на две полноценные клетки. После разделения клетки две новые дочерние клетки идентичны той, которая прошла клеточный цикл и митоз (рисунок 10).

Рисунок 9. Клеточный цикл

Рисунок 10. Митоз

Если клетка не делится, а выполняет какие-то функции, то это «рабочая» клетка, и она находится в периоде покоя G0 (если говорят, что клетка находится в периоде покоя, это не значит, что она не работает, это означает, что она не делится).

Во время мейоза (рисунок 11) происходят два последовательных деления, между которыми нет интерфазы, поэтому ДНК и хромосомы делятся между четырьмя дочерними клетками. Первое деление мейоза называют редукционным, и в результате получаются две клетки с половинным количеством хромосом – гаплоидные клетки. Но в каждой хромосоме такой клетки ДНК в два раза больше, чем нужно для половых клеток. Во втором делении мейоза этот избыток ДНК распределяется поровну, и получаются клетки с половинным набором и хромосом, и ДНК, то есть с гаплоидным набором ДНК и хромосом. Объединение двух таких клеток во время оплодотворения приводит к образованию диплоидной клетки.

Рисунок 11. Мейоз

У нас с вами 46 хромосом, или 23 пары. 22 пары называют аутосомами, а одну пару – половыми хромосомами. У человека два вида половых хромосом, Х и Y. Именно они определяют, мужчина ты или женщина. Женщина имеет две Х-хромосомы, а у мужчин одна половая хромосома Х, а другая Y, она-то и есть суть мужского начала. У курицы все наоборот – две одинаковые половые хромосомы Z у петуха, а одна Z и короткая W у курицы. А у сверчков все еще интереснее. Если у сверчка отсутствует одна из половых хромосом, это будет самец, а самки имеют пару одинаковых Х-хромосом.

У меня 46 хромосом: 23, включая половую Х-хромосому, я получил от мамы; еще 23 хромосомы, вместе с половой Y-хромосомой, я получил от отца. Если Y передается по мужской линии, то значит ли это, что у меня Y-хромосома точно такая же, как у моего отца, и моего деда со стороны отца, и всех моих прадедов и прапрадедов по мужской линии? Если это так, то от мамы я получил одну из ее Х-хромосом, идентичных Х-хромосоме моей бабушки или дедушки со стороны мамы.

Так, да не совсем так.

То, что я получил хромосомы от мамы и от папы, – правильно. Во всех парах моих хромосом одна хромосома от мамы, а другая от папы, но они представляют собой гибриды бабушкиных и дедушкиных хромосом.

Во время первого деления мейоза все парные хромосомы обмениваются между собой своими частями. Такой обмен называют кроссинговером. В результате кроссинговера я получил от мамы гибридные бабушкины/дедушкины хромосомы. То же самое и с хромосомами от папы.

Несмотря на кроссинговер, на Y-хромосоме есть участки, которые остаются неизменными, и по ним можно проследить родство по мужской линии. Таким способом изучают, откуда же появился Адам и как заселяли Землю его потомки, коими мы с вами и являемся. По Х-хромосоме это сделать практически невозможно, поэтому путь Евы проследили по митохондриальной ДНК, ведь митохондрии и митохондриальную ДНК мы получаем только от мамы. Оказалось, что все мы, как потомки Адама и Евы, выходцы из Северной Африки.

Для чего нам нужны хромосомы?

В первом рассказе я уже говорил, что хромосомы – это упакованные вместе с белками молекулы ДНК. Именно в ДНК хранится вся наследственная информация. ДНК собирается в хромосомы только перед делением клетки. Между делениями в ядре клетки лежат распакованные хромосомы в виде хроматина. Участки ДНК, несущие смысловую информацию, называются генами. ДНК – это двойная спираль, состоящая из нуклеотидов. Нуклеотиды отличаются азотистыми основаниями, их в ДНК четыре вида – аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). В РНК вместо тимина (Т) входит урацил (U). Образуя двухцепочечную молекулу ДНК, аденин (А) одной цепочки связывается только с тимином (Т) другой цепочки, а гуанин (Г) – только с цитозином (Ц). Поэтому число аденинов равно числу тиминов, а число гуанинов – числу цитозинов: А = Т, Г = Ц.

В ДНК информация о белках записана этими четырьмя буквами. Белок похож на бусы, каждая бусинка – это аминокислота. Бусинки (аминокислоты) разные, их 20 видов. Из каких аминокислот состоит белок и в какой последовательности они расположены, записано в цепочке нуклеотидов ДНК. Такие участки ДНК и называются генами. Код одной аминокислоты – это три буквы в гене. Информация с гена, то есть с ДНК, «переписывается» на информационную РНК (иРНК). Этот процесс называется транскрипция (рисунок 12). Через поры ядерной мембраны иРНК попадает в цитоплазму и встраивается между двумя половинками рибосом. Три буквы кода на иРНК соответствуют какой-то конкретной аминокислоте. Поэтому другой вид РНК – транспортная РНК – подносит только соответствующую коду аминокислоту. Так последовательно, по три буквы, иРНК продвигается в рибосоме, а к одной аминокислоте добавляется другая до тех пор, пока не сформируется цепочка из аминокислот. Этот процесс называется трансляция (рисунок 6).

Долгое время считалось, что один ген несет информацию для синтеза только одного белка. Оказалось, что это не так. На основе одного гена можно получить несколько белков. Например, в гене записана информация для синтеза длинного белка – «белокаменный», но из этого же гена могут получиться белки «бок», «белок», «лом», «блок». Вы можете найти и составить еще какие-нибудь слова.

Рисунок 12. Транскрипция

Для тех, кто хочет получить больше информации о работе генов, рекомендую прочитать две замечательные книги: «Геном» Мета Ридли[8 - Ридли М. Геном: автобиография вида в 23 главах. М., 2008. 432 с.] и «Геном человека. Энциклопедия, написанная четырьмя буквами» Вячеслава Залмановича Тарантула[9 - Тарантул В. З. Геном человека: энциклопедия, написанная четырьмя буквами. М., 2003. 394 с.].

В завершение хочу сказать, что у генов и у белков много разных функций. Есть гены, которые контролируют клеточный цикл и деление клеток. Если один из генов-контролеров изменился (мутировал), то клетки начинают бесконтрольно делиться и возникает опухоль.

Например, ген ретинобластомы контролирует готовность клетки к клеточному циклу, но не вызывает ретинобластому. Если же этот ген не работает, то возникает опухоль. Гены P53 и BRCA1 контролируют повреждения ДНК и мутации. Если есть какие-то повреждения или мутации в клетке, то они останавливают процесс деления такой клетки (рисунок 13).

Рисунок 13. Гены контролеры клеточного цикла