Клетка и ДНК: внутри клетки человека, двойная спираль в 3D

Мельчайшие живые единицы

Рисунок начинается с толпы. Всё живое состоит из клеток, и в человеческом теле их, по известной оценке, примерно 37 триллионов. Видов клеток около 200: длинные тонкие нервные клетки, круглые эритроциты, плоские клетки кожи — каждая приспособлена к своей работе. Слово «клетка» придумал в 1665 году Роберт Гук, увидевший в срезе пробки соты из маленьких ячеек. Типичная клетка человека шириной всего около 10–30 микрометров, поэтому разглядеть её можно только в микроскоп.

Город внутри мембраны

Теперь модель разрезает одну клетку пополам. Внешняя граница — клеточная мембрана, тонкий двойной слой жира, который решает, что пропускать внутрь и наружу. Внутри находится ядро — шар, хранящий ДНК. Вокруг плавают митохондрии, энергостанции клетки: они превращают пищу и кислород в энергетическую молекулу АТФ. Рибосомы, бесчисленные мелкие машины, строят белки. Другие части, например эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи, сворачивают, сортируют и отправляют их дальше. Выберите часть в песочнице, чтобы увидеть, чем она занята.

Двойная спираль

Камера входит в ядро и находит ДНК — дезоксирибонуклеиновую кислоту. Она похожа на закрученную лестницу, двойную спираль. Боковины — сахарофосфатный остов, а каждая перекладина — пара оснований: A всегда соединяется с T, а C всегда с G. В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали эту структуру в журнале Nature, опираясь на рентгеновский снимок «Фото 51», сделанный Розалинд Франклин и Реймондом Гослингом. В геноме человека около 3 миллиардов пар оснований, а ДНК одной клетки, если её вытянуть, составила бы примерно 2 метра.

Код из четырёх букв

Сообщением служит порядок букв. Ген — участок ДНК с инструкцией для одного продукта, чаще всего белка, и у человека около 20 тысяч генов, кодирующих белки. У двух неродственных людей совпадает около 99,9 процента ДНК, поэтому небольшие различия делают каждого из нас неповторимым. ДНК упакована в 23 пары хромосом, всего 46 — это туго скрученная форма, которую видно перед самым делением клетки. Введите цепочку в песочнице — и появится парная цепочка, в которой каждая буква подобрана по правилу A–T и C–G.

Чтение инструкции

ДНК никогда не покидает ядро, поэтому клетка делает рабочую копию. Этот шаг, транскрипция, строит цепочку матричной РНК, или мРНК. В РНК вместо буквы T стоит U. Информационная РНК выходит из ядра и встречается с рибосомой, которая читает её по три буквы. Каждый триплет, кодон, называет одну аминокислоту, а молекула-помощник приносит каждую из них к рибосоме. Аминокислоты соединяются в цепь, и цепь сворачивается в белок определённой формы. В песочнице вы увидите РНК-послание, построенное по вашей собственной цепочке.

Одна клетка становится двумя

Последний момент показывает деление клетки. Перед делением клетка копирует всю свою ДНК. При митозе хромосомы плотно скручиваются, выстраиваются посередине, и каждую растягивают в разные стороны, так что каждая новая клетка получает полный набор. Затем клетка перетягивается надвое, и получаются две одинаковые дочерние клетки. Так вы выросли из единственной оплодотворённой яйцеклетки, и так всё время обновляются кожа, кровь и выстилка кишечника. По оценкам, каждый день заменяются сотни миллиардов клеток. Когда этот контроль нарушается, клетки могут делиться без остановки — так начинается опухоль.

Клетки и ДНК