Все клетки человека содержат днк: что это такое, как работает, на что влияет, структура и функции

Как работает ДНК?

Любой организм на Земле содержит в себе молекулярную инструкцию для собственной сборки и эксплуатации — это  дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК. В ДНК закодированы самые разные черты: какой цвет глаз и волос будет у человека,  какой у розы будет аромат или каким способом бактерия будет заражать хозяина. Атлас рассказывает, как код ДНК становится свойствами организма и передается по наследству, как  «включаются» и «выключаются» гены и как упаковать длинную молекулу ДНК в крошечную клетку.

Содержание

• Как устроена ДНК?
• Как ДНК удваивается?
• Как информация ДНК превращается в свойства организма?
• Почему во всех клетках есть полная последовательность ДНК, но часть генов не работают?
• Как ДНК передается детям?
• На заметку.

Как устроена ДНК?

ДНК — это длинная и сложная молекула. Представить ее можно как двойную цепь, звенья которой — это нуклеотиды, состоящие из молекулы углевода (дезоксирибозы), остатка фосфора и азотистого основания. Нуклеотиды отличаются друг от друга по входящему в них азотистому основанию: Аденин, Тимин, Гуанин и Цитозин. Часто их обозначают просто буквами — А, Т, Г, Ц. Выстраиваясь друг за другом нуклеотиды образуют одну цепь ДНК. Порядок, в котором расположены нуклеотиды,отличается у разных организмов. ДНК-узор из А, Т, Г, Ц считывают другие молекулы и запускают формирование самых  разных свойств организма.

В двойной цепи ДНК одна из цепей расположена как бы вверх ногами по отношению к другой — это расположение называется «антипараллельным».

Цепи в паре не идентичны друг другу, а сопоставимы по определенному правилу: если в первой цепи в последовательности А, во второй на этом же месте стоит Т, если в первой Г, то во второй-Ц, и наоборот. Это правило называется принцип комплементарности. Запомните этот принцип, он чертовски важен для генов.

Между комплементарными нуклеотидами двух цепей возникают водородные  связи, выстраивается как бы «лестничная структура» между цепями. Эта лестница ДНК закручена в двойную спираль.

Но в форме двойной спирали ДНК занимает слишком много места, у человека в длину она займет примерно 2 метра. Как уместить такую громадину в крохотное ядро? ДНК для этого скручивается и наматывается самыми разными способами. Для начала происходит наматывание ДНК на белки — гистоны, словно на катушки. Затем ДНК с гистонами переживает  ещё один цикл «закручивания» в структуру, подобную плотной тугой спирали — соленоиду. Эта плотная нить в свою очередь укладывается петлями с помощью белков скаффолда, а затем складывается еще разок: в петлевые домены на белках матрикса ядра.

Когда спираль ДНК сматывается с помощью гистонов и белков скаффолда получается хроматида. Две хроматиды, несущие одинаковую последовательностью ДНК, называются сестринские хроматиды. Одна или две хроматиды (их количество зависит от того, когда клетка делилась) образуют хромосому. В клетках нашего тела содержится 23 пары хромосом (то есть всего 46 штук).

Как ДНК удваивается?

Когда клетка делится, каждая новая клетка хочет заполучить себе копию инструкции для жизни, поэтому ДНК приходится копировать.  Удваивается ДНК полуконсервативно — это значит, что  одна из цепей остается от исходной молекулы, а вторая синтезируется заново. С последовательности исходной, «материнской», ДНК  по правилу комплементарности (А-Т; Г-Ц) можно переписать вторую, дочернюю, цепь ДНК.

Допустим, последовательность материнской цепи: ААГЦТТАГ, значит  «дочерняя» будет комплементарна — ТТЦГААТЦ

А

— Т

А

—Т
Г—Ц
Ц —Г

Т

— А

Т

—А

Г—Ц

Две новые дочерние цепи строятся сразу с двух материнских цепей. Как это происходит? Для начала ДНК избавляется от гистонов. Затем фермент хеликаза расплетает двойную спираль ДНК и разрывает водородные связи между цепями. Фермент праймаза строит у каждой цепочки небольшую последовательность нуклеотидов — праймер. Праймер — это затравка для построения новой цепи ДНК. К праймерам присоединяется фермент ДНК-полимераза, который присоединяет новые нуклеотиды к строящимся цепочкам.

Когда новые цепи синтезированы, между вновь синтезированной дочерней и исходной, материнской, цепочкой ДНК возникают водородные связи, вновь образуется двойная спираль, которая снова компактно сматывается. Когда клетка поделится, получившиеся ДНК-сёстры разойдутся  по ядрам образовавшихся клеток.

ДНК — это код, поэтому для начала ее надо расшифровать и переписать на язык другой нуклеиновой кислоты — рибонуклеиновой кислоты или РНК. Этот процесс называется транскрипция. РНК очень похожа на ДНК, однако вместо нуклеотидов с дезоксирибозой, в цепочку объединяются нуклеотиды с другим сахарным остатком — рибозой ( получаются рибонуклеотиды). Кроме того, РНК обычно является одноцепочечной.

РНК словно под диктовку переписывается с последовательности  ДНК так же, как при удвоении, да-да, вы догадались, по правилу комплементарности. Но есть одно исключение: в РНК азотистое основание Тимин заменено на основание Урацил: а значит, если в кодирующей ДНК А — то в РНК считается У. Присоединяет нуклеотиды РНК-полимераза.

Когда «буквенный» состав ДНК переписан в РНК происходит ее созревание: лишние части (интроны) вырезаются, а нужные (экзоны)  сшиваются вместе. Получившаяся РНК — это инструкция к сборке белка. Читают эту инструкцию органеллы под названием рибосомы, а сам процесс называется  трансляция.

Рибосомы насаживаются на начало цепи РНК и движутся по ней в направлении к ее концу. В ходе движения рибосомы читают РНК по слогам, а вернее, по триплетам или кодонам,то есть по трем нуклеотидам-буквам: АГЦ, АЦА, ААГ и так далее. Каждый такой триплет обозначает какую-то аминокислоту, как показано в таблице. Аминокислоты — это строительные кирпичики белков.

Когда кодон прочитан, рибосома понимает, какую аминокислоту надо присоединить, например, прочитала АЦА, — значит надо присоединить треонин, и вызывает соответствующий переносчик — транспортную РНК. Итак, рибосома движется по РНК, читает кодоны друг за другом и по о очереди вызывает тРНК с аминокислотами, которые навешиваются одна на другую. Получившаяся цепочка из аминокислот —  это белок или его часть.

Почти все наши свойства определяют белки. Группу крови определяют белки на поверхности эритроцитов, белок фермент лактаза определяет вашу способность переваривать лактозу, а белок-рецептор дофамина может определять предрасположенность человека к рискованному поведению.Так послание ДНК, закодированное в А, Т, Г, Ц, через РНК, находит свое выражение в белке, который что-то делает и определяет свойства организма.

Почему во всех клетках есть полная последовательность ДНК, но часть генов не работают?

В каждой клетке нашего тела содержится полный набор генов. Но каким-то образом, разные клетки  понимают, что одни должны стать волосами, другие костями, третьи мозгами. Для наших клеток важно не столько то, какие гены находятся в ДНК, сколько то, какие именно из них активны. Будет или не будет ген работать зависит от того, сможет ли РНК-полимераза его узнать и переписать с ДНК копию РНК. Если РНК-полимераза не связывается с геном, и не переписывает его — ген молчит.

Чтобы привлечь РНК-полимеразу к гену существуют белки-активаторы: так называемые транскрипционные факторы. На гены транскрипционных факторов приходится очень много ДНК: всего в человеческом геноме закодировано около 20 000 белков, из них две тысячи — это транскрипционные факторы. То есть каждый десятый ген, по сути, сам ничего в клетке не производит, а лишь следит за тем, чтобы другие гены включились в нужное время в нужном месте.

Пример транскрипционного фактора — ген FOXP2. Если создать ГМО-мышей, которым внесли человеческую версию этого гена, то они лучше обучаются и пищат как-то иначе. Но ген вовсе не отвечает за строение голосовых связок или за особую активность нейронов. FOXP2 — это просто грамотный управляющий, транскрипционный фактор, который заставляет гены мыши работать как-то иначе.

Гены также можно  заставить «замолкнуть». Например, есть белки-репрессоры, которые связываются с геном и не дают РНК-полимеразе присоединиться  Другой способ выключить ДНК — модифицировать гистоны, то есть катушки, на которые намотана ДНК. Фермент деацетилаза гистонов заставляет ДНК наматывается на гистоны так туго, что никакие другие молекулы, ни полимеразы, ни факторы транскрипции, не могу к ней подобраться.

«Выключает» гены и метилирование ДНК. Метильная группа присоединяется к цитозину с помощью фермента ДНК-метилтрансферазы. Такое метилирование происходит, если рядом с цитозином стоит гуанин — в составе так называемого динуклеотида CpG. Участки ДНК, богатые CpG-динуклеотидами, называют CpG-островками. Гиперметилирование CpG-островков  приводит к конденсации — то есть сматыванию ДНК в плотные клубки:  гены, попавшие в клубок, не читаются.

Такие внешние влияния на работу генов называют эпигенетикой. Эпигенетические факторы не меняют саму последовательность ДНК, но меняют активность генов. В последнее время показано, что эпигенетическими факторами, способными «включать»и «выключать» работу генов, являются работа в ночные смены, употребление алкоголя, курение, диета и физическая активность, и даже то, испытывали ли ваши родители стресс.

Согласно одному из исследований, холокост повлиял на геномы минимум двух поколений евреев произошло метилирование FKBP5 — гена, связанного с реакцией на стресс. В другом исследовании было показано, что у нидерландских детей, которые в утробе мамы пережили массовый голод в конце Второй мировой войны («Голодная зима») , даже спустя 60 лет оказался понижен уровень метилирования участка гена инсулин-подобного фактора роста IGF2 (участвующего в процессах роста и развития). Дети этих детей тоже были затронуты: у них был обнаружен больший индекс массы тела.

Подбробнее про эпигенетику можно прочитать в нашем материале Эпигенетика — над ДНК.

Как ДНК передается детям?

У человека в ядре каждой клетки хранятся 23 пары хромосом, всего 46 штук. Исключение составляют половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки. В них содержится всего 23 одиноких хромосомы.

Число хромосом в половых клетках сокращается в результате мейоза, это особый тип деления клетки, в процессе которого из одной клетки с двумя наборами хромосом (диплоидной; 46 хромосом) образуется четыре с одинарным набором хромосом (гаплоидных; 23 хромосомы). Хромосомы, содержащие одну и ту же последовательность генов и образующие пары, могут обмениваться участками — происходит кроссинговер, своеобразное перемешивание, которое обеспечивает потомкам большее генетическое разнообразие. Когда мужская и женская половые клетки сливаются при оплодотворении — в зародыше снова оказывается двойной набор генов, однако смешанный: по одной хромосоме в паре от папы и по одной — от мамы. Например, мы рассказывали, как от мамы и папы может наследоваться интеллект и как наследуются некоторые заболевания, например, галактоземия. Сокращение набора хромосом необходимо, чтобы, когда сперматозоид и яйцеклетка встретились при оплодотворении, образовался организм с нормальным набором хромосом. Если хромосом больше или меньше, чем нужно,- возникают хромосомные болезни. Классический пример — Болезнь Дауна, при которой вместо двух хромосом под номером 21 в организме оказывается три.

На заметку.

1. Инструкция о строении нашего тела закодирована в ДНК в формате последовательностей нуклеотидов А, Т, Г , Ц.
2. Длинная молекула ДНК компактно упаковывается в ядре клетки с помощью скручивания и наматывания на белки.
3. Молекула ДНК удваивается в процессе репликации.
4. Чтобы извлечь информацию из ДНК, ее надо перевести на РНК.
5. Получившуюся РНК читают органеллы рибосомы по триплетам из трех букв.Триплет соответствует аминокислоте — звену цепи белка. Поэтому читая триплеты, РНК понимают, какую аминокислоту следующей присоединить к растущей к цепи белка.
6. Белки определяют почти все наши свойства и функции.
7. Гены можно активировать и подавлять с помощью специальных белков, транскрипционных факторов и супрессоров, с помощью изменения гистонов — катушек, на которые намотана ДНК, или с помощью метилирования ДНК.
8. На работу генов, в том числе на их активацию и подавление, могут влиять внешние факторы: стресс, ночные смены, диета и так далее (однако последовательность нуклеотидов ДНК при этом не меняется).
9. В клетках нашего тела содержится 23 пары хромосом. Но в половых клетках хромосомы содержатся не парами, а одиночно (гаплоидный набор хромосом). Такое сокращение необходимо, чтобы при оплодотворении, образовался организм с нормальным набором хромосом.

Если вам интересны особенности собственной ДНК, то в результатах Генетического теста Атлас вы можете найти целый раздел о необычных признаках, которые определяют ваши вкусы, чувствительность к определенным запахам и привычки.

• Georgina Ferry. The structure of DNA. 2019
• Alberts et al.,DNA Replication Mechanisms. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. 2002.
• Suzanne Clancy. DNA Transcription. 2008
• Schreiweis et al.Humanized Foxp2 accelerates learning by enhancing transitions from declarative to procedural performance. 2014
• Yehuda et al. Holocaust Exposure Induced Intergenerational Effects on FKBP5 Methylation. 2015
• Lumey et al. Cohort Profile: The Dutch Hunger Winter Families Study. 2007
• Karen Sermon. Preimplantation Genetic Screening.2017

Как читают генетический текст — Российская газета

Ом — единица измерения электрического сопротивления. Названа в честь немецкого физика Георга Ома. К теме статьи не имеет никакого отношения. Ом — сакральный звук у индуистов, изначальная мантра, «слово силы». Может рассматриваться как символ божественной триады: Брахма, Вишну, Шива. К статье вроде бы отношения не имеет. Хотя если задуматься…

Первым появился геном. Этот термин стали использовать еще в 20-е годы XX века. Его происхождение до конца не ясно. С «ген-» понятно: это от генов. А вот суффикс «-ом», по одной версии, был взят из «хромосомы», куда попал в составе греческого слова «сома» — тело. Другое объяснение гласит, что «-ом» означает нечто всеобъемлющее. Впрочем, это не так важно.

До 1990-х годов геном жил тихо и спокойно, как тысячи других научных терминов. А потом стартовал проект «Геном человека» — миллиарды долларов, статьи в ежедневных газетах, внимание президентов и премьер-министров. К началу XXI века это слово выучили даже те, кто по биологии имел неуверенную «тройку».

С прочтения генома начинается история изучения биологических объектов математическими методами — как совокупности данных, набора цифр или шифра. По мере того как объем данных увеличивался, а качество извлечения из них ценной информации улучшалось, стали набирать популярность и другие «омы». Сегодня суффикс «-ом» в биологии прочно закрепился за терминами, обозначающими совокупность неких данных, — подобно тому как геном человека является совокупностью наследственного материала, хранящегося в наших хромосомах.

Геном изучает наука геномика. По аналогии стали возникать другие омики — науки о совокупности биологических данных. Омы и омики недаром так расплодились: в биологии, как и везде, происходит цифровая революция — методы биоинформатики позволяют извлекать из больших биологических данных много важной информации. А вслед за интересными результатами приходит и мода, и финансирование. Для первого знакомства мы отобрали самые популярные омы — всего же их несколько десятков.

Геном. Все наши гены

Как вы знаете, наследственная информация, копия которой хранится в каждой клетке организма, записана в молекулах ДНК, упакованных в 23 пары хромосом. Всего геном человека содержит около трех миллиардов «букв», которые можно «прочитать» с помощью секвенирования.

Если сравнивать геном с книгой, то читать придется роман в десять тысяч раз длиннее «Войны и мира» — для врача задача явно невыполнимая. Тут-то на помощь и приходят методы биоинформатики, позволяющие извлекать из этого набора букв понятную для врачей информацию.

Впрочем, понимаем мы пока немного: знаем, например, что ДНК содержит гены — последовательности «букв» или «цифр», кодирующие белки. У человека около 25-30 тысяч генов, это лишь 1,5% ДНК. Все остальные «записи» пока кажутся нам бессмыслицей. Но расшифровка лишь небольшой части генома, которая кодирует белки, — это уже полтерабайта данных и море информации — например, о ваших наследственных заболеваниях или особенностях метаболизма.

Сравнивать можно геномы отдельных организмов и целых популяций. Сейчас научный мир занят сбором и накоплением генетической информации: в развитых странах создают банки, в которых предполагается хранить геномы миллионов людей. Важнейшая задача на нынешнем этапе — обеспечить обмен данными между геномными банками, создать общие стандарты записи и хранения генетической информации, написать программы, способные понимать и использовать данные всех банков.

Конечно, ученых, занимающихся сравнительной геномикой, интересуют геномы не только людей, но и других организмов. Например, расшифровав геном голого землекопа и сравнив его с геномами других грызунов, исследователи, возможно, выяснят, какие гены обеспечивают легендарному животному необыкновенно долгую жизнь без признаков старения.

Транскриптом. Как прочитан и понят генетический текст

Если геном — это о том, что написано, то транскриптом — как прочитано. Взять, допустим, ту же самую «Войну и мир». Для одних это история любви, для других — источник жизненной философии, для третьих — набор батальных сцен, разбавленных нудными диалогами, которые лучше пропустить. В организме примерно так же.

Геном у всех клеток организма одинаковый (есть небольшая разница из-за мутаций и у половых клеток в 23-й хромосоме), но сами клетки разные: нейроны мало похожи на сперматозоиды. Клетки так отличаются друг от друга потому, что у них активны разные гены. Чтобы понять, какие именно гены активны («экспрессируются», как говорят биологи) в том или ином органе или ткани, нужно изучить транскриптом — набор присутствующих там РНК. Ведь активность генов, их экспрессия и есть производство РНК.

Данные генома — это относительно постоянная характеристика всего организма, а транскриптом характеризует протекание конкретных процессов, поэтому обычно исследуют транскриптом органа или клеток определенного типа. Кроме того, он меняется со временем: например, если вы заболели, гены больных и иммунных клеток будут работать по-другому.

Протеом. Все наши белки

Мы только-только начали использовать в медицине данные генома, но уже ясно: чтобы понять, как работает организм конкретного человека, информации о геноме недостаточно. Не спасает даже совокупность генома и транскриптома. Гораздо более полную картину происходящего дает изучение протеома — набора белков, синтезируемых тканью, органом или даже отдельной клеткой. Если в геноме человека примерно 28 тысяч генов, то белков в организме гораздо больше — говорят и о миллионе, и о двух, и о пяти.

Да, синтез белков — прямой результат работы кодирующих их генов. Среди биологов даже бытовала поговорка: «Один ген — один белок».

Но дальше судьба белков складывается по-разному: часть из них может распасться, так и не выполнив свою функцию, другие могут не выводиться из клетки и накапливаться, третьи могут как-то модифицироваться. Чтобы понять всю картину в целом и изучают протеом. Ваша электронная медицинская карта, без сомнения, будет начинаться с описания генома, но большая часть информации в ней будет основываться на многочисленны анализам протеома в разных частях организма.

Протеомика находится в начальной фазе развития. Но уже существует проект «Протеом человека», инициаторами которого в 2010 году выступили Россия, США, Южная Корея, Швеция, Канада и Иран. По масштабам он сравним с «Геномом человека». Его главная цель: систематизировать все вырабатываемые нашим организмом белки.

Эпигеном. Над генами

Работа генов регулируется не только генетическими факторами, но и условиями, в которых живет организм. Для этого над генами надстроен еще один регуляторный уровень — эпигеном (приставка «эпи-» в переводе с греческого и означает «над»). Это система химических «меток», которыми помечаются те или иные гены. Одни метки велят генам работать, другие — отдыхать. Эпигенетические механизмы реагируют на сигналы из внешней среды, ставя метку «спать» над геном, активность которого стала нежелательна, и давая команду «работать» гену, включение которого улучшило состояние клетки или всего организма.

Недавно выяснилось, что эпигеном тоже передается по наследству. Он трансформируется довольно медленно, так что эпигеном ваших дедов, испытавших, например, потрясения войны и приспособившихся к ним, вполне может продолжать влиять на вас.

Эпигеномика делает лишь первые шаги, но в будущем информация о эпигенетическом коде может оказаться не менее важной, чем о генетическом.

Микробиом. С кем мы живем

Вы боитесь одиночества? Не уверены, что обладаете богатым внутренним миром? У нас хорошие новости! Тело человека состоит из триллионов клеток, но внутри нашего организма живет примерно столько же клеток бактериальных.

Большая часть бактерий обитает в кишечнике — вместе они составляют что-то вроде самого массивного человеческого органа, который называют микробиом. Помимо пищеварения этот орган выполняет массу полезных функций: производит витамины, защищает нас от болезней, влияет на состояние психики и поведение. Ученые только пробуют воздействовать на него — больше 90% бактерий, живущих в кишечнике, нам до сих пор неизвестны. Но первые клинические тесты микробиома уже проводятся, в том числе в России, — из них можно узнать, например, какие витамины ваши бактерии производят в избытке, а каких, наоборот, не хватает.

Похоже, медицина ближайшего будущего станет широко использовать помощь микробов: многие ученые считают, что таблетки с «правильными» бактериями смогут вылечить от ожирения, продлить жизнь и даже помочь при психических заболеваниях. Настоящий расцвет «микробной медицины» начнется, когда мы научимся программировать бактерии. Возможно, одно такое обученное существо будет прибавлять ума или силы намного эффективнее, чем месяцы упражнений.

Метагеном. Все вместе

Если геном — это весь наследственный материал одного организма, то метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Можно, например, изучить метагеном вашей квартиры, прочитав геномы всех людей, животных, растений и бактерий, которые в ней живут. А поскольку организм человека тоже заполнен бактериями, можно исследоватьи его собственный метагеном — он будет намного больше генома. Можно изучать метагеном целого народа, как это делают с 2010 года участники проекта «Русский метагеном».

В персонализированной медицине уже предпринимаются первые попытки чтения и анализа метагенома вместо ставшего уже вещью генетического тестирования. Близятся времена, когда, информация о метагеноме станет основой вашей медицинской карты, а понятие «защита личных данных» будет в первую очередь предусматривать «тайну метагенома».

Коннектом. Очень нервные связи

Это совокупность нервных связей живого организма. Ее математическая модель представляет собой «карту» нервной системы, на которую нанесены нейроны и их соединения.

Пока единственный организм, для которого ученые смогли составить коннектом, это нематода — червячок длиной в миллиметр. Вся его нервная система состоит из 302 нейронов и 7000 соединений между ними.

Чтобы понять, как работает мозг, научиться им управлять, лечить и совершенствовать, ученые намерены воссоздать коннектом нервной системы человека с ее миллиардами нейронов. Задача даже сложнее: необходимо получить функциональный коннектом, то есть модель, на которой видно, как нейроны обмениваются импульсами в реальном времени.

На создание таких моделей Европа и США выделяют многомиллионные гранты. В Швейцарии даже появился Нейрополис — аналог CERN и Кремниевой долины для исследования мозга.

Социом. Нельзя быть свободным от общества

Признаемся: это слово мы придумали сами, по крайней мере нам нигде не удалось найти его в том значении, которое нам кажется важным. Речь идет о совокупности социальных связей индивида: разговоров с друзьями, взаимодействия на работе, общения  в семье. Даже окрик охранника стоит учесть, чтобы понять, почему у человека такое настроение, или спрогнозировать его поведение к концу дня.

Задача грандиозная, но не утопическая. Социологи и психологи вовсю используют в исследованиях данные из соцсетей, которые фактически являются оцифрованной частью социома. Уверены: в этой области нас тоже ждет немало открытий!

Почему каждая клетка нашего тела содержит ДНК?

Категория: Биология      Опубликовано: 22 августа 2013 г.

Зрелые волосковые клетки не содержат ядерной ДНК. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.

Не каждая клетка человеческого тела содержит ДНК, связанную с клеточным ядром. В частности, зрелые эритроциты и ороговевшие клетки кожи, волос и ногтей не содержат ядра.

В процессе созревания эритроциты человека разрушают ядра своих клеток. Они делают это, чтобы переносить как можно больше кислорода и при этом оставаться достаточно маленькими, чтобы проходить через узкие кровеносные капилляры, тем самым максимизируя доставку кислорода. Фактически, у людей одни из самых маленьких эритроцитов среди всех позвоночных, отчасти благодаря разрушению ядра. Большинство млекопитающих имеют эритроциты без ядер, в то время как все другие виды позвоночных имеют ядра в эритроцитах. Однако все эритроцитов, включая человека, должны начинаться с ДНК, поскольку ДНК содержит код, который в первую очередь сообщает каждой клетке, как строить себя. Эритроциты человека просто разрушают свое ядро, когда в нем больше нет необходимости, в рамках процесса созревания. Кольцо актина внутри созревающего эритроцита сжимает и разделяет клетку на две части: часть с ДНК и часть без ДНК. Таким образом, энуклеация эритроцитов представляет собой особый тип деления клеток. Затем появляются макрофаги и поглощают части, содержащие ДНК, оставляя только части эритроцитов, не содержащие ДНК. Обратите внимание, что в крови их гораздо больше, чем эритроцитов. В результате образец крови действительно содержит ДНК из-за присутствия других типов клеток.

Ороговевающие клетки кожи, волос и ногтей также не содержат клеточного ядра. Подобно эритроцитам, эти клетки начинаются с клеточных ядер для правильного развития, но затем разрушают свои ядра в процессе ороговения. Делают они это для того, чтобы максимально заполнить пространство в клетке структурным белком кератином. Кератин — это сильный белок, который придает волосам, коже, ногтям рук и ног прочность. Клетки, которые подвергаются ороговению, испытывают форму запрограммированной, контролируемой клеточной смерти, чтобы достичь своей силы. Ядро клетки и другие внутренние части клетки разрушаются, а их пространство заполняется кератином. После завершения ороговения эти клетки мертвы и не выполняют никаких биохимических процессов. Но мертвый не значит бесполезный. Ороговевающие клетки выполняют свою конечную цель, придавая структурную прочность и тепло окружающим тканям, несмотря на то, что они мертвы. Тот факт, что ороговевшие клетки мертвы, означает, что вы можете стричь волосы, подстригать ногти и стирать внешний слой кожи, не причиняя никакого вреда и не убивая клетки. Отсутствие ядерной ДНК в ороговевших клетках означает, что судебные биологи редко могут извлечь ДНК из обрезков волос, чтобы помочь определить виновника.

Помимо эритроцитов и ороговевших клеток, все остальные клетки человеческого тела содержат ядерную ДНК. Кроме того, все клеток начинаются с ядерной ДНК. Причина этого в том, что ДНК содержит основной код, который сообщает каждой клетке, как расти, функционировать и размножаться.

Темы:
ДНК, кровь, клетка, ороговение, волосы, кератин, ядро, эритроцит

генов легко | East London Genes & Health

Ученые всего мира разгадывают тайны наших генов. Изучение наших генов раскрывает наше прошлое и наше будущее, от болезней, которыми вы, скорее всего, заболеете, до того, откуда пришли ваши предки. Но что такое ген? Откуда они? И как ваши гены заставляют вас стать собой?

Простое объяснение генов и науки

Что такое клетки?

Прежде чем мы сможем понять гены, нам нужно поговорить о клетках! Клетки являются основными строительными блоками всех живых существ. Человеческие клетки слишком малы, чтобы увидеть их невооруженным глазом, но ваше тело состоит из 1 000 000 000 000 клеток. Ваши клетки работают вместе, чтобы ваше тело работало. В вашем теле есть сотни различных типов клеток, каждая из которых специально приспособлена для выполнения разных задач. Например, эритроциты переносят кислород, которым вы дышите, по всему телу.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : Самая большая клетка в мире — это страусиное яйцо, его можно увидеть невооруженным глазом.

Что такое ген?

Ваши гены – это инструкция для вашего тела. Почти в каждой клетке вашего тела спрятано химическое вещество, называемое ДНК. Ген – это короткий участок ДНК.

Ваши гены содержат инструкции, которые говорят вашим клеткам производить молекулы, называемые белками. Белки выполняют различные функции в вашем организме, чтобы поддерживать ваше здоровье. Каждый ген несет в себе инструкции, которые определяют ваши особенности, такие как цвет глаз, цвет волос и рост. Для каждого признака существуют разные версии генов. Например, одна версия (вариант) гена цвета глаз содержит инструкции для голубых глаз, другая версия содержит инструкции для карих глаз.

Из чего состоят гены? Практически в каждой клетке вашего тела спрятано химическое вещество под названием ДНК. Ген – это короткий участок ДНК. ДНК состоит из миллионов маленьких химических веществ, называемых основаниями. Химические вещества бывают четырех типов A, C, T и G. Ген представляет собой участок ДНК, состоящий из последовательности As, Cs, Ts и Gs. Ваши гены настолько крошечные, что в каждой клетке вашего тела их около 20 000! Гены человека различаются по размеру от нескольких сотен оснований до более миллиона оснований.

Каждый человек имеет около 20 000 генов и 3 000 000 000 оснований. Вся ваша последовательность генов и оснований называется вашим геномом.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : последовательность вашего генома как раз умещается на DVD.

  Что такое хромосомы?  Хромосома представляет собой плотно свернутый виток ДНК. Хромосомы находятся внутри ваших клеток. Такая плотная упаковка позволяет ДНК поместиться внутри крошечной клетки. У вас 23 пары хромосом в каждой клетке, разных типов, так что 46 на клетку — волшебное число!

Что делают ваши гены? Ваши гены находятся почти в каждой клетке вашего тела. Каждый ген содержит инструкции, которые говорят вашим клеткам производить белки. Белки выполняют самые разные задачи в ваших клетках, например, производят глазные пигменты, питают мышцы и атакуют вторгшиеся бактерии. Например, некоторые клетки используют гены, содержащие инструкции для производства белка, называемого кератином. Белки кератина соединяются вместе в вашем теле, чтобы создавать такие вещи, как ваши волосы и ногти.

Играйте в игру «Гены и ваши клетки», чтобы узнать, как разные клетки используют разные гены для работы вашего тела.

Итак: Гены состоят из ДНК, гены создают белки, белки создают клетки, а клетки создают вас… откуда взялись ваши гены?

 Вы когда-нибудь задумывались, почему у вас такой же цвет глаз, как у вашего отца, или такой же цвет волос, как у вашей мамы? Это потому, что вы наследуете свои гены от своих родителей. Ты получаешь половину от мамы, а половину от папы. Когда вы наследуете гены от своих родителей, вы получаете две версии каждого гена, одну от мамы и одну от папы. Например, вы получите две версии генов, которые содержат инструкции для цвета глаз. Некоторые версии генов более доминантны, чем другие; если вы получите гены голубых глаз от мамы, а гены карих глаз от папы, у вас будут карие глаза, потому что гены карих глаз доминируют. Итак, если вы унаследовали все свои гены от родителей, почему вы не совсем такие, как ваши братья и сестры?

  Чем вы отличаетесь от своих братьев и сестер?  Вы и ваши братья и сестры не идентичны, потому что у ваших мамы и папы есть две версии каждого гена, по одной от каждого из их родителей. Когда они передают вам свои гены, они передают только одну из этих версий, и совершенно случайно, какая именно. Например, если у вашей мамы есть гены кареглазых и голубоглазых, она может передать голубые вам, а карие — вашему брату или сестре.

Как гены влияют на ваше здоровье?  Ваши гены — это инструкция, которая заставляет ваше тело работать. Иногда одно или несколько оснований ДНК в гене могут различаться у разных людей. Это называется вариант. Вариант означает, что ген имеет инструкции, немного отличающиеся от обычной версии. Иногда это может привести к тому, что ген будет давать клеткам разные инструкции по созданию белка, поэтому белок работает по-разному. К счастью, большинство вариантов генов не влияют на здоровье. Но некоторые варианты влияют на белки, которые выполняют очень важные функции в вашем организме, и тогда вы можете заболеть.

Сыграйте в нашу игру «Поиск генов», чтобы узнать, сможете ли вы обнаружить вариантные гены.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : группа крови O, которая полезна, потому что ее можно перелить любому в экстренной ситуации, вызвана вариантом гена ABO, который останавливает ее работу (нокаут).

Geneti c условия:  Генетические заболевания — это заболевания, которые развиваются у вас, когда вы наследуете вариант гена от своих родителей. В результате генетические заболевания обычно передаются по наследству. Ученые выявили более 10 000 генетических состояний. Одно генетическое заболевание называется серповидноклеточной анемией. У людей с этим заболеванием есть вариант в генах, который содержит инструкции для производства белков гемоглобина. Гемоглобин помогает вашим эритроцитам переносить кислород по всему телу. Эти гены серповидноклеточного гемоглобина приводят к тому, что эритроциты имеют неправильную форму, из-за чего им трудно переносить кислород по телу. Не все варианты генов вызывают генетическое заболевание. Многие варианты, по-видимому, вообще не имеют никакого эффекта, другие могут увеличить риск развития заболевания.

Гены и распространенные состояния  Ученые ищут варианты генов, которые могут увеличить риск развития таких заболеваний, как диабет, болезнь Альцгеймера и рак. Это тяжелая работа, так как многие болезни могут развиваться очень сложным образом с участием множества различных генов, и на них также влияют факторы окружающей среды, такие как то, сколько вы тренируетесь, ваш вес или курите ли вы. Редко есть женщины, которые особенно подвержены риску развития рака молочной железы, потому что они являются носителями некоторых вариантов генов. Некоторые из этих генов были идентифицированы, и теперь можно изучить гены людей, чтобы узнать, подвержены ли они риску развития рака молочной железы. Это может спасти жизнь.

Как ваше окружение влияет на вас?  На ваши характеристики влияет окружающая среда, а также ваши гены. Например, вы можете унаследовать от своих родителей гены, которые должны делать вас высоким, но если в детстве вы плохо питаетесь, ваш рост может замедлиться. Чтобы попытаться понять, какое влияние на вас может оказать ваше окружение, ученые изучают однояйцевых близнецов. Однояйцевые близнецы имеют одинаковые гены, поэтому любые различия в характере, здоровье и способностях вызваны различиями в их окружении.

Играйте в Troublesome Twin, чтобы узнать, насколько сильно на вас может влиять окружающая среда.

Зачем ученые изучают гены?  За последние несколько лет ученые совершили огромный прорыв в генетических исследованиях, узнавая все больше и больше о наших генах и о том, как они заставляют наше тело работать. Ученые изучают наши гены, чтобы выяснить семейные отношения, проследить наших предков и найти гены, связанные с болезнями. Это дает им инструменты для поиска лучших способов сохранить наше здоровье. Большой прорыв в генетических исследованиях произошел в 2003 году, когда были получены результаты проекта «Геном человека».

Посмотрите видео о вашем геноме в увеличенном масштабе

Что представлял собой проект «Геном человека»?  Проект «Геном человека» был международным исследованием, целью которого было попытаться понять весь наш генетический код — полное руководство по тому, как работает наш организм. Тысячи ученых по всему миру более десяти лет работали над тем, чтобы прочитать каждую инструкцию внутри каждого гена группы добровольцев и составить картину среднего человеческого генома. Они обнаружили, что у нас есть около 20 000 генов почти в каждой клетке нашего тела. Большинство генов одинаковы у всех людей, но небольшое количество генов, менее 1%, немного различаются между людьми. Эти небольшие различия способствуют нашим уникальным особенностям. Наше новое понимание генома человека ведет ко многим достижениям в том, как мы лечим болезни и болезни.

Как насчет персонализированной медицины?  Скоро каждый сможет прочитать свои гены. В 2015 году это стоит около 5000 фунтов стерлингов, поэтому доступно не всем. Врач может использовать эту информацию, чтобы дать вам конкретные лекарства, адаптированные к вашим генам. В настоящее время многие лекарства являются «универсальными», но они не работают одинаково для всех. Некоторые люди очень хорошо реагируют на лекарство, некоторые могут вообще не реагировать, а у других возникают серьезные побочные эффекты. Ученые изучают, как различия в ваших генах влияют на вашу реакцию на лекарства. Эти генетические различия помогут врачам предсказать, какие лекарства будут работать для вас, чтобы они могли назначать индивидуальное лечение.

Гены могут многое рассказать нам о том, как лечить и предотвращать болезни, но это еще не все… Изучение генов людей по всему миру также может рассказать нам о наших предках.

А как насчет генетики больших популяций?  Изучив свои гены, вы сможете узнать, откуда произошли ваши предки. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что люди изначально пришли из Африки и распространились по всему миру. По мере того, как люди мигрировали по миру, в их генах развивались крошечные вариации. Со временем это происходит естественным образом, чтобы помочь людям пережить изменения. Затем эти варианты передавались из поколения в поколение. Ученые изучают гены различных популяций людей по всему миру, чтобы обнаружить эти вариации, проследить их во времени и составить карту того, как передвигались наши предки.