Биохимия на пальцах

Эту серию постов я задумала давно, только не знала, с какой стороны к ней подступиться. Тема очень большая и серьезная, и в ней много таких слов, увидев которые, можно потерять всякое желание читать дальше. А надо написать так, чтобы не только не отпугнуть потенциального читателя, но и раскрыть тему. Потому что биохимия - это мы. Не понимая биохимии, мы так и будем вестись на всякие чудо-пилюли, чудо-диеты, чудо-витамины и чудо-лекарства, которые вылечат всех навсегда. Так и будем шарахаться от "жуткой химии", поглощая вместо этого тонны "натурпродукта" (и платя за него недетские деньги, само собой, и не только за него, но и за консультацию. Ведь кто-то же должен оседлать волну, и наверняка в мыслях у этих людей будет не благополучие ближнего, а собственный карман).

К великому ужасу экологически настроенных пуристов, адептов движений "назад, к природе" и прочих веганов - мы от природы напичканы химией по самые уши и еще больше. И не только органикой. А например - фосфорной кислотой, аммиаком, угольной кислотой, цинком, железом и т.п. Разумеется, это не означает, что мы похожи на Чужих: ни фосфорная, ни угольная кислота из наших вен не польются, и мы не способны, порезав палец, прожечь кровью не то что металл - вообще ничего. Но эти вещества постоянно образуются внутри нас в ходе химических реакций, необходимых для нашей жизнедеятельности на клеточном уровне.

- Дорогой, вот ты все лежишь на диване и ничего не делаешь. Хоть бы мусор вынес, что ли!
- Дорогая, не мешай. На клеточном уровне я чрезвычайно занят!
(Устное народное творчество)

Из чего мы сделаны

Люди - белковые существа. Да, мы сделаны из мяса. Частично. Но не полностью. Белки - это ведь не только мясо (вегетарианцы тут же вспомнят про фасоль, бобы и сою, но нет: сои в нас нету, даже в китайцах). Белки - это такие сложные вещества, которые состоят из строго определенных частей-"кирпичиков", называемых аминокислотами. Аминокислоты соединяются между собой в цепочку, а потом эти цепочки хитро закручиваются, собираются в клубки или остаются похожими на нитки - все зависит от того, какие именно аминокислоты и в каком порядке соединяются в цепочку. Дело в том, что цепочки закручиваются в спиральки и собираются в клубки совершенно самостоятельно, под воздействием возникающих между отдельными атомами сил притяжения-отталкивания.

Структура белка
Структура белка.
Если известно, какие аминокислоты и в каком порядке должны соединяться, то все уровни структуры белка определяются сами собой: для данного конкретного белка они всегда будут одинаковые. Поэтому можно "записать" разные последовательности в виде кода, а потом использовать эти коды для производства белков по матрице - таких, какие нужны здесь и сейчас. В общем, природа так и поступила: ВСЕ белки организма кодируются в ДНК, а потом эти белки в течение жизни постоянно воспроизводятся, именно при помощи матрицы - матричной РНК, которая снимается с нужного участка ДНК. Кроме структуры белков, в ДНК закодирована разная служебная информация и кое-что еще, о чем мы пока не знаем, но работы по изучению ведутся.

И нет, жиры и углеводы ДНК не кодирует!

Наследственность и изменчивость по-нашему, по-биохимически

Зачем мы будем говорить об этом с самого начала? Да потому, что это - ключевой момент. По наследству от родителей к детям передается далеко не только движимое и недвижимое имущество. По наследству передается ДНК мамы и папы. ДНК - очень длинная молекула, и чтобы она поместилась в ядре клетки, ДНК упаковывается и распихивается по хромосомам (вообще-то не только по ним, но мы же объясняем на пальцах!). У человека 46 хромосом, то есть - 23 пары (по-умному такой парный набор называется диплоидным). По ним распихана ДНК. В каждой клетке организма находятся одни и те же хромосомы, то есть теоретически одну и ту же наследственную информацию можно считать с любой клетки, если она содержит ДНК.

Да, а в половых клетках (гаметах) набор хромосом одинарный (по-умному - гаплоидный). И вот встречаются две половые клетки и объединяют свои хромосомные наборы: "Будем теперь жить вместе". И живут. Результирующая клетка - зигота - пошла делиться, запустились процессы производства белков, а структура белков считывается откуда? С объединенной ДНК... Вот почему дети похожи на родителей, и не только внешне, но и внутренне: болячки родителей тоже могут передаваться по наследству.

И кстати, не только закодированные в ДНК дефектные гены, а даже приобретенные дефекты функционирования в некоторых случаях могут наследоваться. Что это значит: если, допустим, мама обзавелась большим количеством лишнего веса, то дочка обзаведется лишним весом гораздо быстрее мамы, если не будут приняты меры. Однако надо понимать, что приобретенные дефекты не кодируются в ДНК, а передаются с управляющей информацией. Как и когда - это изучает наука эпигенетика.

Да, а откуда же тогда берется изменчивость? Дети, конечно, похожи на родителей, но и не похожи тоже. Ну, во-первых, случайные ошибки при копировании никто не отменял. Это как в информатике: передали ноль вместо единицы, и все поменялось. При реплицировании ДНК может произойти похожая ситуация, ведь принцип один и тот же, только система не двоичная, а четверичная.

Именно четверичная, потому что в каждом наборе (для ДНК и РНК) разных нуклеотидов - четыре, и неважно, что аминокислоты кодируются тройками, а не четверками. Символы вон тоже кодируются восьмерками битов, а система - двоичная: ноль и единица.

Структура ДНК и РНК
Структура ДНК и РНК.

Во-вторых, участки ДНК могут перемешаться. И тогда могут возникнуть гены, которых не было ни у папы, ни у мамы. Насколько часто такое происходит - надо спрашивать у генетиков. Есть и другие источники изменчивости, но мы сейчас о них не будем говорить.

Идем дальше. А как эти самые ДНК сливаются, перемешиваются, как вообще происходят эти процессы? Как вообще возможно, чтобы что-то там начинало делиться, а потом строиться "по кирпичику"? Откуда берутся матрицы для белков и как вообще определяется, что нужен именно такой белок, а не другой? Кто это все делает? Кто контролирует процесс? Отлавливаются ли ошибки, и если да, то как, и что потом с ними происходит? Не может же быть, чтобы бездушная материя настолько хорошо и четко самоорганизовалась?

А вот и может.

Как, когда, в какой момент, что для этого нужно - как раз изучает биохимия. Потому что все, абсолютно все, что происходит - сводится к химическим реакциям: там атом водорода оторвали, а там - атом кислорода присоединили; там - аминогруппы местами поменяли, а там - прицепили остаток фосфорной кислоты... и так - по цепочке, по цепочке - происходят очень сложные превращения, копится и тратится энергия, и это - на уровне отдельных молекул, а на уровне клетки уже имеем некоторое функционирование, а на уровне тканей и органов - не только функционирование, но и взаимодействие.

А на уровне живого организма - получаем жизнь.

И в основе всего лежат химические превращения одних веществ в другие.

Но поскольку многие реакции, будучи предоставленными сами себе, происходят очень медленно, то эволюция придумала не пускать их на самотек, а контролировать и направлять при помощи ферментов. И в следующей части мы поговорим именно о них: кто такие, зачем нужны, какие бывают и что делают.

Продолжение следует.

Литература: