Наши молекулярные машины

Эти крохи — молекулярные машины, и прямо сейчас они работают… в вашем теле. Чем же они занимаются? Давайте посмотрим. В день в организме взрослого человека умирает от пятидесяти до семидесяти миллиардов клеток — от стресса, повреждений или от старости. Так и должно быть — это называется программируемая клеточная смерть.

Чтобы восполнить такие потери, миллиарды ваших клеток делятся, создавая новые клетки. И для подобного процесса деления, то есть, митоза, нужна целая дивизия молекулярных машин. Давайте приглядимся.

Начнем с ДНК — всем нам знакомой молекулы с двойной спиралью. Это научно достоверное изображение ДНК, сделанное Дрю Бэрри из Института медицинских исследований имени Уолтера и Элизы Холл. Если размотать молекулу, мы увидим, что у каждой цепочки есть сахарофосфатный остов, связанный с последовательностью парных нуклеиновых кислот А, Тэ, Гэ и Цэ.

Цепочки разнонаправлены, и это очень важно при копировании ДНК. Копирование ДНК — один из первых этапов деления клетки. Вот так цепочки развертываются, а голубой молекулярный аппаратик под названием “хеликаза” их разделяет. Она крутится со скоростью реактивного двигателя!

Комплементарная цепочка у правой нити собирается последовательно. Со второй нитью дело сложнее — она как бы направлена в обратную сторону. Ей надо соединиться с комплементарной цепочкой, собранной в обратном порядке, звено за звеном. Результат этого процесса — две идентичные молекулы ДНК длиной несколько сантиметров, а шириной всего в пару нанометров.

Затем, чтобы ДНК не спуталась в комок, она оборачивается вокруг белков гистонов, — так получается нуклеосома. Нуклеосомы составляют волокно под названием хроматин, а оно сворачивается и образует хромосому, одну из крупнейших молекулярных структур в организме.

Хромосомы даже можно рассмотреть под микроскопом во время деления клетки, когда они принимают характерную форму. В остальное время ДНК как бы распределена внутри ядра. 

У млекопитающих деление клетки занимает около часа, поэтому наше видео ускорено. Посмотрите, как хромосомы выстраиваются по экватору ядерного веретена. Когда все в сборе, хромосомы отходят дочерним клеткам, обе из которых получают идентичные копии ДНК. Выглядит всё просто, но на деле процесс невероятно сложен, и для него нужны еще более удивительные молекулярные машины.

Теперь взглянем на отдельную хромосому. Она состоит из двух колбасок-хроматидов, каждая — с новыми идентичными копиями ДНК. Хроматиды крепятся к микротрубочкам, которые держат их в правильном положении. Соединение между трубочками и хроматидами называется кинетохор, — вот он, красного цвета.

Кинетохор состоит из сотни различных белков, которые вместе занимаются разными делами. Вообще это один из самых сложных молекулярных механизмов у нас в теле. От кинетохора зависит успех деления хроматид. 

Он как бы создает подвижное соединение между хромосомой и микротрубочками. По никому не понятным причинам микротрубочки постоянно растут с одного конца и разрушаются с другого. Пока хромосома готовится к делению, кинетохор посылает клетке химический стоп-сигнал, — вот он, красненький, — по сути сообщая, что хромосоме еще не время делиться.

Кинетохор чувствует механическое натяжение. Когда оно достигает нужной степени, а положение и соединение верны, — белки готовы, на видео они зеленеют. Но передача стоп-сигнала на этом этапе не прерывается!

Он перенаправляется по микротрубочкам от кинетохора к этакой молекулярной машинке динеину,-  вот он вышагивает. Он, кстати, и правда так выглядит — ему нужны длинные ножки, чтобы обходить препятствия и переступать через кинезины, которые бредут в обратную сторону.

Не знаю, как вы, а я в восторге от того, как эти крохотные механизмы старательно работают в нашем организме и миллионы раз подряд день за днём  выполняют одно и то же дело.  А ещё меня потрясают учёные, которые настолько тщательно разобрались в этой теме, что теперь у нас есть реалистичные изображения, которые я вам показывал.

Но, пожалуй, самое удивительное — это сколько ещё остается неизвестным. Например, как именно хроматиды расходятся по сторонам клетки. И ещё много не очень понятных нам вещей.

Знаете, по-моему, круче всего то, что мы десятилетиями сочиняли научную фантастику про нанороботов, которые перемещаются по кровотоку и лечат нас изнутри. Но существование естественных молекулярных машин может значить, что вполне реально воплотить эти фантазии в жизнь. Так что вполне вероятно, что в будущем мы создадим молекулярные машины, которые смогут чинить нас не хуже, чем их естественные предшественники.