Чудо упаковки
Нуклеосома > Гистоны нуклеосомного ядра H2А, H2B, H3 и H4 > Линкерный гистон Н1 (бело-голубые). Аденин < Тимин. Гуанин < Цитозин
Как сложена ДНК
B каждой клетке человека – за исключением половых – есть 23 пары хромосом, в каждой из которых содержится от 1,7 до 8,5 см ДНК. Если вытянуть ДНК всех хромосом в цепочку, то ее длина составит около 2 м. Суммарная ДНК всех клеток организма наберет уже 20 млрд км – этого с запасом хватит на то, чтобы несколько десятков раз протянуть нить до Солнца и обратно. Остается лишь удивляться, с каким чудесным мастерством все это упаковано в клеточном ядре, размер которого измеряется в микрометрах.
ДНК не просто пассивно хранится, как пленка в кассете. Она должна постоянно работать и открывать информацию то одного, то другого участка цепочки для считывания белкам. В результате клетке приходится параллельно решать две практически взаимоисключающие задачи. Однако эволюция нашла весьма изящные подходы, и многие из них мы начинаем раскрывать лишь в последние годы. Сегодня в этой области регулярно происходят настоящие прорывы. Они не только многое объясняют на фундаментальном уровне, но и открывают дорогу для лечения старых болезней и создания новых лекарств.
Спагетти в желатине
К началу 1970-х уже было прекрасно известно, что основой наследственности является дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК. В 1953 году Джим Уотсон и Фрэнсис Крик открыли ее структуру, которая объяснила ключевой механизм копирования генетической информации: двойная спираль может разделяться, как застежка-молния, после чего на каждой нити синтезируется новая копия, так что в итоге получаются две двухспиральные молекулы.
Однако к тому времени уже почти сотню лет было известно, что в клеточном ядре, помимо ДНК, присутствует примерно равное по массе количество белков, которые вместе с нуклеиновой кислотой образуют некое «ядерное вещество» – хроматин. И если поначалу считалось, что именно белки служат носителями наследственной информации, то с выявлением истинной роли ДНК роль белков в хроматине оказалась совершенной загадкой.
Пытаясь выяснить функции этих белков, ученые из Королевского колледжа Лондона даже ставили эксперименты на модели, в которой роль ядра играл прозрачный контейнер с жидким желатином, а хроматином были вареные спагетти. Тщательно взбалтывая банку, британцы пытались рассмотреть возникновение на ее стенках структур, похожих на фрагменты реального ядра под микроскопом. Если верить авторам, иногда это даже почти получалось.
Ну а «вишенкой на торте» этих беспорядочных данных стало наблюдение Мориса Уилкинса – главы лаборатории, в которой работали Уотсон и Крик, – который показал, что с помощью рентгена в клеточных ядрах можно рассмотреть внутренние периодические структуры. Объяснить эти данные также не удавалось.