გასაოცარი მოლეკულის სტრუქტურა

მოდით ამ სტრუქტურას პირობითად ქრომოსომის თოკი ვუწოდოთ. ის სისქეში დაახლოებით 3 სმ-ია და მჭიდროდ არის დახვეული (4) კოჭებზე, რაც ხელს უწყობს ხვეულში ხვეულის წარმოქმნას. ეს ხვეულები მიმაგრებულია „ხერხემალზე“, რაც მათ ფორმის შენარჩუნებაში ეხმარება. იქვეა ნიშანი, რომელზეც წერია, რომ ეს თოკი საოცარი ოსტატობით არის დახვეული. თუ ქრომოსომის დახვეულ თოკს მთელ სიგრძეზე გაშლით, ის დედამიწას ნახევრად შემოერტყმება გარს.a

ერთ-ერთ სამეცნიერო წიგნში აღნიშნულია, რომ უჯრედში არსებული შეფუთვის ეფექტური სისტემა შეიძლება „საინჟინრო შედევრად“ ჩაითვალოს.¹⁸ გონივრულად მიგაჩნიათ იმის მტკიცება, რომ ეს შედევრი ინჟინრის გარეშე შეიქმნა? წარმოიდგინეთ, რომ ამ მუზეუმში არის დიდი მაღაზია, სადაც მილიონობით ნივთი აკურატულად არის დალაგებული და ნებისმიერი ნივთის პოვნა ადვილად შეიძლება. იფიქრებდით, რომ ყველაფერი თავისით დალაგდა? რა თქმა უნდა, არა. მაგრამ ასეთი მაღაზიაც კი უჯრედთან შედარებით პრიმიტიულია.

მუზეუმში ექსპონატის წინ მდგარი ნიშანი ნებას გრთავთ, თოკს ხელი მოჰკიდოთ და ახლოდან დაათვალიეროთ. (5) როგორც კი ხელს ჰკიდებთ, ხვდებით, რომ ეს ჩვეულებრივი თოკი არ არის. ის შედგება ორი ერთმანეთზე გადაგრეხილი ძაფისგან. ეს ძაფები ერთმანეთისგან თანაბარი მანძილით დაშორებული პაწაწინა ღერებით არის დაკავშირებული. თოკი წააგავს კიბეს, (6) რომელიც სპირალურად არის დახვეული. მაშინღა ხვდებით, რომ ხელში გიჭირავთ დნმ-ის მოლეკულის მოდელი ანუ ის, რაშიც სიცოცხლის საიდუმლო იმალება.

დნმ-ის მოლეკულა აკურატულად ჩალაგებული ხვეულებითა და „ხერხემლით“ ქმნის ქრომოსომას. კიბის თითოეულ საფეხურს (7) ნუკლეოტიდების წყვილი ეწოდება. რა ფუნქცია აკისრია მათ ან რისთვის არის საჭირო ეს ყველაფერი? ერთ-ერთ სტენდზე მარტივად არის ახსნილი მათი მოქმედების მექანიზმი.

პირველადი ინფორმაციის შემნახველი სისტემა

როგორც სტენდზეა ახსნილი, დნმ-ის საიდუმლო კიბის საფეხურებში ანუ პატარა ღერებში მდგომარეობს. წარმოიდგინეთ, კიბე შუაზე იყოფა და კიბის თითოეულ მხარეს საფეხურის პატარა მონაკვეთი რჩება. ისინი ოთხი ტიპისაა. მეცნიერები მათ ა, თ, გ, ც-ს უწოდებენ. მეცნიერები გააოცა იმის აღმოჩენამ, რომ ამ ასოების თანმიმდევრობით იქმნება კოდირებული ინფორმაცია.

შესაძლოა გსმენიათ მორზეს ანბანის შესახებ, რომელიც მე-19 საუკუნეში იმ მიზნით გამოიგონეს, რომ ადამიანებს ერთმანეთთან დაკავშირება ტელეგრაფის მეშვეობით შესძლებოდათ. ეს ანბანი მხოლოდ ორი „ასოსგან“, წერტილისა და ტირისგან შედგებოდა. მიუხედავად ამისა, მისი მეშვეობით შეიძლებოდა უამრავი სიტყვისა და წინადადების გაშიფვრა. დნმ-ს აქვს ოთხასოიანი ანბანი. ამ ოთხი ასოს (ა, თ, გ, ც) სხვადასხვა თანმიმდევრობა ქმნის „სიტყვებს“, რომელთაც კოდონები ეწოდებათ. კოდონები თავის მხრივ ქმნიან „მოთხრობებს“, რომელთაც გენები ეწოდებათ. თითოეული გენი საშუალოდ 27 000 ასოსგან შედგება. გენები და მათ შორის არსებული დიდი უბნები ერთობლივად ქმნიან ეგრეთ წოდებულ თავებს ანუ ცალკეულ ქრომოსომას. მთლიანი „წიგნის“ ანუ გენომის შესაქმნელად, რომელიც შეიცავს სრულ ინფორმაციას ადამიანის ორგანიზმის შესახებ, საჭიროა 23 ქრომოსომა.b

გენომისგან უშველებელი წიგნი გამოვიდოდა. რამხელა ინფორმაციას დაიტევდა ის? მთლიანობაში ადამიანის გენომი დაახლოებით სამი მილიარდი ნუკლეოტიდის წყვილისგან ანუ დნმ-ის კიბის საფეხურებისგან შედგება.¹⁹ წარმოიდგინეთ ენციკლოპედიის ტომეული, რომლის თითოეულ ტომშიც ათასზე მეტი გვერდია. გენომი 428 ასეთ ტომს გაავსებდა. თუ ამას დავუმატებთ მის ასლს, რომელიც ყველა უჯრედში გვხვდება, მთლიანობაში 856 ტომი გამოვიდოდა. თუ გენომის დაბეჭდვას მოინდომებდით, 80 წლის განმავლობაში სრული სამუშაო დღე შეუსვენებლივ მოგიწევდათ ბეჭდვა.

ფაქტია, რასაც ბეჭდვის შედეგად მიიღებდით, თქვენს ორგანიზმს ვერაფერში გამოადგებოდა. როგორ ჩაატევდით ასობით ვეებერთელა ტომს თქვენს 100 ტრილიონ მიკროსკოპულ უჯრედში? ამხელა ინფორმაციის ასეთ დონეზე შეკუმშვა ჩვენ შესაძლებლობებს ბევრად აღემატება.

ერთმა პროფესორმა მოლეკულური ბიოლოგიისა და ინფორმატიკის დარგში, აღნიშნა: „ერთ გრამ დნმ-ს, რომელიც მშრალი სახით დაახლოებით ერთ კუბურ სანტიმეტრს დაიკავებს, შეუძლია იმდენი ინფორმაცია დაიტიოს, რამდენსაც ერთი ტრილიონი CD [კომპაქტ-დისკი] დაიტევდა“.²⁰ რას ნიშნავს ეს? ალბათ გახსოვთ, რომ დნმ შეიცავს გენებს ანუ ადამიანის ინდივიდუალური ორგანიზმის შესაქმნელად საჭირო ინსტრუქციას. თითოეულ უჯრედს გააჩნია ინსტრუქციის სრული კომპლექტი. დნმ უზარმაზარ ინფორმაციას იტევს. მაგალითად, ერთ ჩაის კოვზ დნმ-ში არსებული ინსტრუქცია საკმარისი იქნებოდა იმაზე 350-ჯერ მეტი ადამიანის შესაქმნელად, ვიდრე დღეს ცხოვრობს დედამიწაზე! დღეს მცხოვრები 7 მილიარდი ადამიანის შესაქმნელად საჭირო დნმ კი ჩაის კოვზის ზედაპირს ოდნავ თუ დაფარავდა.²¹

მოძრავი მანქანები

მუზეუმში სიწყნარეა. დგახართ და ფიქრობთ, უჯრედის ბირთვიც მუზეუმივით უძრავია თუ არა. ამ დროს ვიტრინასთან, რომლის მიღმაც დნმ-ის მოდელია, ხედავთ წარწერას: „დააჭირეთ ღილაკს და დაიწყება ჩვენება“. თქვენ თითს აჭერთ ღილაკს. ამ დროს ირთვება მთხრობელის ხმა: „დნმ-ს სულ მცირე ორი მნიშვნელოვანი ფუნქცია აკისრია. ერთ-ერთი არის რეპლიკაცია. უნდა შეიქმნას დნმ-ის ასლი, რათა ყოველ ახალ უჯრედში ერთნაირი გენეტიკური ინფორმაციის სრული ასლი იყოს. ახლა შეგიძლიათ უყუროთ ამ პროცესის იმიტაციას“.

ერთ-ერთი კარიდან შემოდის უცნაური შესახედაობის მანქანა. სინამდვილეში ეს მანქანა ერთმანეთთან მჭიდროდ დაკავშირებული რობოტებისგან შედგება. ის მიემართება დნმ-კენ, მას ემაგრება და მის გასწვრივ ისე იწყებს გადაადგილებას, როგორც მატარებელი მოძრაობს ლიანდაგზე. ის იმდენად სწრაფად მოძრაობს, რომ ვერ ხედავთ, რას აკეთებს. მაგრამ იმას კი ხედავთ, რომ დნმ-ზე მანქანის გავლის შემდეგ ერთი თოკის ნაცვლად ორი თოკი რჩება.

მთხრობელი განაგრძობს: «აქ საკმაოდ გამარტივებულად არის ნაჩვენები, თუ რა ხდება დნმ-ის რეპლიკაციის დროს. მოლეკულური მანქანების ჯგუფი ანუ ფერმენტები მიუყვებიან დნმ-ს, შუაზე ხლეჩენ მას და შემდეგ მის თითოეულ ძაფს ახალი, მისი კომპლემენტური ძაფის შესაქმნელად იყენებენ. შეუძლებელია ამ პროცესში ჩართული ყველა დეტალი გაჩვენოთ, მაგალითად პაწაწინა მექანიზმი, რომელიც რეპლიკაციური მანქანის წინ მიდის და ჭრის დნმ-ის ერთ მხარეს, რათა დნმ-მა თავისუფლად იტრიალოს და ძალიან მჭიდროდ არ დაეხვეს. ვერც იმას გაჩვენებთ, როგორ „იკითხება“ დნმ რამდენიმეჯერ, როგორ ხდება მასში შეცდომების აღმოჩენა და გასწორება საოცარი სიზუსტით» (იხილეთ სქემა, გვერდები 16, 17).

მთხრობელი განაგრძობს: «ჩვენ შეგვიძლია გაჩვენოთ, რა სისწრაფით მოძრაობს ეს მანქანა. როგორც შენიშნეთ, ის საკმაოდ დიდი სისწრაფით მოძრაობს. ფერმენტის მანქანა დნმ-ის „ლიანდაგზე“ წამში დაახლოებით 100 საფეხურზე ანუ ნუკლეოტიდების წყვილზე გადაადგილდება.²³ ეს „ლიანდაგი“ ჩვეულებრივი რკინიგზის ლიანდაგის ზომის რომ იყოს, „მატარებელი“ 80 კმ/სთ სიჩქარით იმოძრავებდა. ბაქტერიაში სარეპლიკაციო მანქანები ათჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობენ. ადამიანის უჯრედში ასობით ასეთი სარეპლიკაციო მანქანა სხვადასხვა ადგილას იწყებს გადაადგილებას დნმ-ის „ლიანდაგზე“. ისინი მთელი გენომის ასლს რვა საათში აკეთებენ».²⁴ (იხილეთ ჩარჩო, „მოლეკულა, რომლის ასლი კეთდება და იკითხება“, გვერდი 20).

დნმ-ის „წაკითხვა“

დნმ-ის სარეპლიკაციო რობოტები იქაურობას ტოვებენ და მათ ნაცვლად სხვა მანქანა შემოდის. ისიც დნმ-ის გასწვრივ იწყებს მოძრაობას, მაგრამ შედარებით ნელა. დნმ-ის თოკი მანქანის ერთ ბოლოში შედის და მეორე ბოლოდან უცვლელად გამოდის. მაგრამ მანქანის სხვა ხვრელიდან, მზარდი კუდივით, სრულიად ახალი ძაფი გამოდის.

მთხრობელი ამჯერადაც გვიხსნის: «დნმ-ის კიდევ ერთ ფუნქციას ტრანსკრიფცია ეწოდება. დნმ თავისი მყუდრო თავშესაფრიდან ანუ ბირთვიდან არასოდეს გამოდის. მაშ, როგორ ხდება გენების, ჩვენს ორგანიზმში არსებული ყველა ცილის ასაწყობად საჭირო „რეცეპტის“ წაკითხვა და გამოყენება? ფერმენტის მანქანა დნმ-ის გასწვრივ პოულობს უჯრედის ბირთვის გარედან შემოსული ქიმიური სიგნალით გააქტიურებულ გენს. შემდეგ ეს მანქანა რნმ-ის (რიბონუკლეინის მჟავა) მოლეკულის დახმარებით აკეთებს ამ გენის ასლს. რნმ ერთი შეხედვით დნმ-ის ცალკეულ სპირალს ჰგავს, თუმცა მისგან განსხვავდება. მის ფუნქციაში შედის გენებში კოდირებული ინფორმაციის შეგროვება. რნმ ფერმენტის მანქანაში ყოფნის დროს იღებს ინფორმაციას, შემდეგ ტოვებს ბირთვს და ერთ-ერთი რიბოსომისკენ მიემართება, სადაც ამ ინფორმაციის საფუძველზე ხდება ცილის აწყობა».

ამ სანახაობის შემხედვარე გაოცებული რჩებით. თქვენზე დიდ შთაბეჭდილებას ახდენს მუზეუმისა და მასში წარმოდგენილი მექანიზმების შემქმნელების ოსტატობა. წარმოიდგინეთ, რა შთამბეჭდავი სანახაობა იქნებოდა, მუზეუმში არსებული ათასობით ექსპონატი ერთდროულად რომ ამოძრავებულიყო, როგორც ეს ადამიანის უჯრედში ხდება.

ახლაღა აანალიზებთ, რომ ყველა ეს პროცესი, რომელსაც ერთი ციდა რთული მანქანები ახორციელებენ, სწორედ ახლა მიმდინარეობს თქვენი ორგანიზმის 100 ტრილიონ უჯრედში. ხდება დნმ-ის გაშიფვრა და მითითებების გადაცემა სხეულის შემადგენლობაში არსებული ასობით ათასი სხვადასხვა სახის ცილის ასაგებად, რომლებიც ფერმენტებში, ქსოვილებში, ორგანოებსა და სხვაგან გვხვდება. სწორედ ახლა იქმნება თქვენი დნმ-ის ასლები, ხდება მათში შეცდომების აღმოჩენა და გასწორება, რათა ყოველ ახალ უჯრედში შესაძლებელი იყოს ახალი ინსტრუქციების წაკითხვა.