Раскрытие секрета жизни — значение для медицины и онкологии
В биологии проблема сущности жизни и её происхождения всегда стояла под номером один.
Главным признаком жизни или живого на уровне клетки является её деление, т.е. митоз.
Процесс митоза, видимый в микроскоп, при котором одна клетка делится на две, — "удивительное явление в биологии". Ещё удивительнее при этом представлялось возникновение двух хромосом там, где раньше была только одна.
Это являлось величайшим секретом биологии: "как удваивается это, имеющее первостепенное значение, тельце?"
Хромосома состоит из трёх веществ: ДНК, белка и РНК. Нуклеиновые кислоты и белки состоят из гигантских молекул, каждая из которых имеет ос-новной скелет и боковые группы. В белках содержатся элементы двадцати типов, в нуклеиновых кислотах — четырёх типов и при том иных.
28.II.1953 г.Ф. Крик вошёл в кембриджский "Игл паб" и сказал: "Мы раскрыли секрет жизни". Они действительно обнаружили "нечто подобное". И это было то, за что позднее он и ещё двое сподвижников, в 1962 г. получили Нобелевскую премию.
Они создали модель пространственной структуры молекулы ДНК и этим совершили прорыв, который, в частности, позволил разгадать загадку: как уд-ваиваются хромосомы перед делением клетки на две. Эта тайна или секрет десятилетиями не давала покоя учёным.
Модель молекулы — это её копия, но гораздо больше по размерам, чем существующая в клетках. Из-за слишком малого размера мы не видим реаль-ную молекулу. Модель молекулы позволяет нам понять её строение вплоть до расположения в пространстве отдельных атомов, а то и её функции в клетке.
Оказалось, что хромосома удваивается за счёт репликации, т.е. удвоения.
Молекула ДНК — это спираль из двух цепей. Каждая цепь состоит из нук-леотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Две цепи соединяются между собой парами этих оснований по принципу "ключ — замок": А-Т; Г-Ц.
Механизм репликации, т.е. удвоения молекулы ДНК: две цепи расходятся. Каждая цепь из нуклеотидов служит матрицей или шаблоном для достраи-вания к ней дополняющей её цепи из нуклеотидов. Когда этот процесс закон-чится, у нас будет уже не одна, а две пары цепей, т.е. две молекулы ДНК.
Одна молекула — для одной хромосомы, другая — для другой, т.е. по одной для каждой из двух дочерних клеток. Для деления клетки на две дочерние, как раз и требуется удвоение хромосомы. Но только теперь становится ясно, что это происходит после удвоения молекулы ДНК. В этом и состоит раскрытие секрета жизни.
В 60-х гг. XX в. предположение Д. Уотсона и Ф. Крика о механизме репликации, т.е. удвоения ДНК, было подтверждено. Кроме того, было показано, что этот процесс осуществляется при участии специального фермента — ДНК-полимеразы.
Примерно в то же время было сделано ещё одно открытие — открытие генетического кода. Гены содержат в себе информацию о плане строения клетки и её функционирования, что передается дочерним клеткам. Передаётся информация о линейной структуре каждого белка в клетке.
Белки, как и ДНК, представляют собой длинные цепочки из аминокислот. Аминокислот — 20. Было не ясно, каким образом "язык" ДНК, состоящий из четырёхбуквенного алфавита: А, Т, Г, Ц переводится на "язык" белков, где используется 20 "букв", первая буква — название аминокислоты.
Было показано, что сочетание из трёх нуклеотидов ДНК, каждое из которых, называется кодоном, чётко соответствует одной из 20 аминокислот. И, таким образам, "текст" на ДНК однозначно переводится в белок.
Схема синтеза белка с копии гена, т.е. иРНК в рибосоме: ген — иРНК -белки.
Все свойства клетки в виде "инструкций" заложены в соответствующем гене или генах, а создаются через их продукт — белки. Изменения в гене: дефект его структуры или изменение его экспрессии дадут изменения в его белках -изменения в структуре белка, отсутствие белка, избыток нормального белка. А это вызовет изменения в свойствах клетки.
В чём польза раскрытия секрета жизни?
Между размножением клетки и репликацией ДНК имеется принципиальное различие.
Первый процесс — это деление клетки на две. Это клеточный уровень. Второй процесс — это создание молекулой точной своей копии. Это молекулярный уровень. Деление клетки на две дочерние не произошло бы, если не было бы репликации молекулы ДНК.
Отсюда: репликация ДНК — это молекулярная причина, а деление клетки — её следствие.
Таким образам, до раскрытия секрета жизни каждое свойство клетки как живого только описывали, а теперь — объясняют, т.е. знают его молекулярную причину.
Клетка стала предметом изучения биологии, а молекулярные причины свойств клетки, — предметом молекулярной биологии. Она возникла с момента раскрытия секрета жизни.
Зная молекулярную причину каждого свойства клетки, можно на неё воз-действовать. Это дало возможность учёным управлять живым; управлять — это, значит, уметь изменять свойства живого.
Пример
В отличие от нормальной клетки, раковая клетка - бессмертна за счёт восстановления в ней после каждого деления длины теломер.
Причина этого свойства — молекулярная: в раковой клетке включён ген теломеразы, а она восстанавливает длину теломер.
Цель: лишить раковою клетку свойства бессмертия, т.е. сделать её смертной. Здесь ген и его фермент — теломераза будут целями или мишенями для воздействия.
Для прекращения функции гена можно в раковую клетку ввести анти-смысловую РНК к иРНК, т.е. к копии гена. Она по принципу комплементарно-сти пар оснований соединится с иРНК, и тогда синтеза теломеразы уже не будет.
Чтобы блокировать теломеразу, можно по её трехмерной структуре синтезировать молекулу лекарства, комплементарную к активным участкам фермента теломеразы. Его ввести в раковую клетку, оно соединится с теломеразой по принципу — "ключ-замок", и теломераза будет блокирована. В результате в раковой клетке теломеры уже не будут достраиваться перед делением, и клетка погибнет через апоптоз.
Но эти средства блокирования гена теломеразы не всегда могут быть эффективными. Недавно сделано открытие — "малые интерферирующие РНК", введение которых в организм специфично "выключает" конкретный ген путем разрушения его копии — иРНК (см. раздел 8.1.).
Вот это и означает — управлять живым, в данном случае, раковой клеткой, воздействуя на молекулярные причины ее свойств.
Открытие того, что каждое свойство клетки в норме, а значит, и при болезни, создаётся молекулярной причиной, привело к открытию молекулярной медицины.
Теперь мы знаем, что гены и их белки каждого свойства раковой клетки -это метки или маркеры для её диагностики. Они же — цели или мишени для лекарств, избирательно уничтожающих раковые клетки.
Точно также находят гены-маркеры и белки-маркеры для свойств возбудителей различных инфекций — бактерий, вирусов и др.
На примере со свойством бессмертия раковой клетки мы дали три способа уничтожения носителя этого свойства, т.е. раковой клетки.
Во-первых, через связывание копий гена-маркера этого свойства — иРНК.
Во-вторых, с помощью лекарства, связывающего белок-маркер, т.е. тело-меразу, которая создаёт свойства бессмертия раковой клетки.
В-третьих, "выключение" гена свойства бессмертия раковой клетки путем разрушения его копий иРНК с помощью интерферирующей РНК.
Смотрите статью — Суточные биоритмы человека
Далее — Рак и стресс
Вернуться на главную страницу