Синтез ДНК в клетке

Все «резервные» участки ДНК отправляются на склад, в ядро, где они чаще всего хранятся на всякий случай. А в некоторых клетках, где происходит необратимая дифференцировка, неработающие части вообще выбрасываются из генетической программы, а следовательно, и из ядра. Ядерная оболочка вся пронизана порами, и можно предположить, что через них высовываются петли ДНК в цитоплазму. Пока еще неизвестно, постоянно эти петли выходят из ядра или то лишь пульсирующие выбросы. И в том и в другом случае они все равно были бы отмечены ультрафиолетовым микроспектрофотометром в цитоплазме.

После синтеза белка клетка готовится к делению и должна удвоить свои двойные спирали ДНК. Процесс удвоения нам более или менее понятен. Спирали расходятся, и каждая достраивает себе недостающую цепь. И опять же легче представить, что молекулам ДНК проще удвоиться в цитоплазме, а не в малом по сравнению с ней объеме ядра. Генетический материал, не принимающий участия в реализации наследственной программы, по-видимому, удваивается в ядре. И чем больше сохраняет клетка неработающего генетического материала, тем больше размер ядра. Например, эмбриональные клетки зародышей всегда с крупными ядрами.

Первооткрыватели структуры ДНК не сталкивались с проблемой, где хранится ДНК и где происходит ее удвоение. Они сделали свое великое дело на бактериях, у которых одна кольцевая хромосома и вовсе нет ядра. В отличие от многоклеточных организмов безъядерные бактерии и сине-зеленые водоросли не имеют биологических часов.
Вероятно, оболочка ядра служит не только для прикрытия спиралей ДНК в случае опасности и сохранения неработающей ДНК, но и для измерения времени. Раньше мы высказали предположение, что ДНК может не только выходить из пор ядерной оболочки, но и совершать через них ритмические выбросы и втягивания. Не могут ли такие ритмические колебания ДНК быть первичным маятником биологических часов клетки?

Актиномицин Д

Один из антибиотиков — актиномицин Д — подавляет синтез ДНК в клетке. С помощью этого антибиотика американскому исследователю Гастингсу удалось остановить биологические часы в одноклеточной морской водоросли гониолакс. А при действии веществ, подавляющих синтез белка, ритмическая активность у этой же водоросли не менялась. Выходит, и ядерная оболочка, и ДНК имеют прямое отношение к живым часам.

Но как ДНК могла бы выпускать свои петли через поры и убираться обратно, трудно даже и предположить. Однако некоторые стороны столь сложного процесса уже начинают проясняться. Можно думать, что втягивание ДНК в ядро или выход из него связаны с механизмом спирализации. Свертывается она в спираль или, наоборот, раскручивается внутри ядра — и как следствие ее петли то втягиваются в ядро, то выходят из него. Не служат ли эти колебания начальным механизмом биологических часов?

Раскручивание спирализованных нитей ДНК и появление петель в виде щетинок ершика известны уже давно. Такие хромосомы называют «ламповыми щетками». У некоторых насекомых, например плодовой мушки дрозофилы, возникают гигантские хромосомы, на которых видны вздутия, или пуфы. Исследование американского ученого В. Беермана показало, что в пуфах происходит то же самое раскручивание нитей, петли которых отходят в стороны от хромосомы. Именно на этих петлях синтезируется информационная РНК. Возможно, пуфы в гигантских хромосомах и хромосомы типа «ламповых щеток» — это не успевшие окончательно спирализоваться нити, выходившие ранее в цитоплазму клетки.

Иногда выход ДНК из ядра можно наблюдать обычными цитохимическими методами, не прибегая к помощи ультрафиолетового микроспектрофотометра. Так, у коловраток Филодин, мельчайших, но многоклеточных организмов, построенных из считанного числа клеток, мне удалось наблюдать ядра, ДНК которых вся, находилась на поверхности. Спирализоваться она успела, а вот уйти вглубь по каким-то причинам не могла.

Многое еще предстоит сделать для окончательного выяснения локализации ДНК в живой, действующей клетке. От решения поставленной задачи зависит правильный подход к молекулярной генетике всех организмов, у которых есть ядра в клетках. Нельзя забывать, что почти вся молекулярная биология, давшая небывалый скачок в познании тайн жизни, выросла на изучении безъядерных микроорганизмов. Биохимия высших организмов еще ждет своего «молекулярного скачка».

***