235. Willadsen, S. M. 1979. A method for culture. Nature. 277:298300.
236. Willadsen, S. M., 1986. Nuclear transplantation in sheep embryos. Nature 320:63–65.
237. Wilmut, I., Schnieke, A. E., McWhir, J., Kind, A. J., and Campbell, K. H. 1997. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature. 385(6619):810–813.
238. Wilmut, I., Sullivan, G., and Taylor, J. 2009. A decade of progress since the birth of Dolly. Reprod Fertil Dev. 21(1):95-100.
239. Winstanley M. 1976. Assimilation into the literature of a critical advance in molecular biology. Soc. Stud. Sci. 6:545–549.
240. Witkin, E. M. 1989. Ultraviolet mutagenesis and the SOS response in Escherichia coli: a personal perspective. Environ Mol Mutagen. 14 Suppl. 16:30–34.
241. Woese C. 1970. Molecular mechanics of translation: a reciprocating ratchet mechanism. Nature. 226(5248):817–820.
242. Woese C. R., and Fox G. E. 1977. The concept of cellular evolution. J Mol Evol. 10(1):1–6.
243. Zhang, K., Li, J. B., Gao, Y., Egli, D., Xie, B., Deng, J., Li, Z., Lee, J. H., Aach, J., Leproust, E. M., Eggan, K, and Church, G. M. 2009. Digital RNA allelotyping reveals tissue-specific and allele-specific gene expression in human. Nat. Methods. 6(8):613–618.
244. Zhebrak, A. R. 1945. Soviet biology. Science. 102:357–358.
245. Zilberman, D., and Henikoff, С. 2005. Epigenetic inheritance in Arabidopsis: selective silence. Current Opinion in Genetics and Development. 15:557–562.
ПРИЛОЖЕНИЕ I. ЭЛЕМЕНТЫ ЦИТОЛОГИИ И БИОХИМИИ
В Приложениях и я приведу доказательства того, что всегда требуется участие генов, обеспечивающих жизнеспособность, по крайней мере, самой клетки.
I.1. ЧТО ТАКОЕ КЛЕТКА?
За последние 20 лет наши представления о клетке, ее функциях и ее жизни вообще существенно изменились. Однако, как это нередко случается в биологии, обилие фактических данных и совершенствование на их основе методов исследования уже в те годы заставило формулировать новую, более широкую и детальную платформу. Подробное описание строения клетки, клеточных функций и молекулярных механизмов, ответственных за их реализацию, как это не странно, ясности, прозрачности в понимании клетки как целостной единицы не принесло, хотя каждый, кто занимается клеточной биологией, испытывает несомненный восторг от уникальности событий, которые происходят в клеточном мире.
Нам стали уже привычными, хотя и не всегда достаточно определенными, такие понятия как «молекулярная биология», «клеточная и тканевая инженерия» и, даже, «молекулярная генная инженерия» и «протеомика». Это и понятно, поскольку основной прогресс (и наибольшие обещания) в биологии клетки происходит именно в этих областях. Более того, эти области знания кажутся не только наиболее перспективными в познавательном смысле, но и наиболее результативными в смысле практическом. Уже сейчас они дают реальный практический выход в клиническую медицину и промышленность.
Прогресс в современной цитологии или, пользуясь принятым сейчас языком, в биологии клетки, в значительной мере связан с развитием методических подходов, ориентированных на изучение живой клетки и, что очень важно, на активную работу с ней. Появились все расширяющиеся возможности воочию наблюдать не только результаты активного вмешательства в жизнь клетки, но и само осуществление процессов клеточной жизнедеятельности в реальном времени.
Важно подчеркнуть также, что разрешающая способность современных методов анализа (в значительной части — микроскопических) стала соизмерима с той пространственновременной шкалой, в которой данные клеточные явления происходят. Появились возможности целенаправленно и очень избирательно, например, с помощью генетических вмешательств, изменять состав и течение биохимических реакций в клетке.
Методические возможности изучения клеточной физиологии, в свою очередь, трансформируют общую методологию или идеологию, каких-либо вариантов которой, вольно или невольно, придерживаются все исследователи. Существенно расширилось понимание и содержание клеточной теории. В представление о клетке, как единице живого, органически врастает понятие «множественности», основанное на знаниях, относящихся к клеточным взаимодействиям.
Широко и эффективно развиваются представления о клеточных популяциях, о развитии и функции органов и тканей, как результата совокупной деятельности клеточных популяций и клеточных сообществ. Мы уже можем говорить о молекулярной биологии развития и, даже, о молекулярной биологии деятельности систем организма. В общем, сопряжение понятий, относящихся к совершенно разным уровням организации живого, не удивительно, поскольку в основе всех современных представлений о живом, как и прежде, остается жизнь и деятельность клетки, т. е. ее биология.
Существующие в настоящее время клетки бывают двух типов с ядром, эукариотические клетки и без ядра — прокариотические клетки. Внутри этих групп все клетки почти одинаковы. Первые не содержат ограниченного мембраной ядра и митохондрий или хлоропластов; они представлены главным образом микроорганизмами. Клетки эукариот животных и растений, включая грибы, напротив, содержат ядра с мембранами, а также митохондрии (и в ряде случаев хлоропласты). В зависимости от структуры клеток живые организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты.
К прокариотам относятся бактерии (эубактерии и архебактерии) а к эукариотам — грибы, растения и животные, большинство из которых являются многоклеточными организмами и только некоторые — одноклеточными. Многоклеточные эукариоты построены из разнообразных по своим функциям клеток, причем эти клетки значительно крупнее клеток прокариот (соотношение объемов приблизительно 2000:1). Структуры и функции эукариотических клеток сложнее и более специализированы, чем структуры и функции клеток прокариот. Эукариотические клетки значительно разнообразнее по размеру и структуре, чем прокариотические. Только в организме человека имеются, по крайней мере, 200 различных типов клеток. Поэтому структуру животной клетки я обрисую в предельно упрощенном виде.
Эукариотическая клетка организована системой мембран. Снаружи она ограничена плазматической мембраной, представляющей собой двойной слой липидов. Липиды в бислое располагаются таким образом, что их головки, имеющие сродство к воде (гидрофильные, по научному), располагаются на наружной, смотрящей в стороны водного раствора, стороне бислоя, а не смачиваемые водой цепи углеводородов обращены внутрь.
Внутренний объем клетки заполнен цитоплазмой, содержащей многочисленные растворимые компоненты. Цитоплазма разделена на хорошо различимые, окруженные внутриклеточными мембранами отделы, называемыми клеточными органеллами. Биологические системы основаны на свободной диффузии белковых молекул и их случайных взаимодействиях, а потом склеивании. Это дает массу ошибок и очень неэффективно. Поэтому клетка увеличивает вероятность соударений, активно доставляя молекулы в одно ограниченное место в пространстве с помощью транспортных систем цитосклелета и внутриклеточного транспорта.
I.2. ХИМИЯ И ЖИЗНЬ: НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Нуклеиновые кислоты были выделены из клеточных ядер в 1869 г. ДНК эукариот представляют собой очень длинные линейные молекулы (от 107 до более чем 1010 пар оснований). Они локализованы в ядре, связаны с гистонами.
Единички, из которых полимеризуется ДНК, называются нуклеотидами и представляют из себя органические молекулы в виде циклов, в которых кольцо состоит из 5 или 6 атомов углерода. Каждый нуклеотид состоит из геретоцикла, называемого азотистым основанием, так как там атомы углерода перемежаются с атомами азота; сахара (дезоксирибозы, моносахарида, содержащего пять атомов углерода и альдегидную группу в линейной структуре) и фосфатной группы. Например, аденин — это восьмерка, составленная из пятичлена и шестичлена, в которых перемежаются атомы углерода и азота. Рибоза это моносахарид в виде кольца, составленного из 4 атомов углерода и одного кислорода.
Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы. Последовательность этих единичек нуклеотидов и кодирует наследственность. Для того, чтобы увеличить стойкость полимерной молекулы ДНК к лучевым и химическим воздействиям, она удвоена и состоит из двух полимеров, которые закручены в спираль вокруг друг друга. При этом нуклеотиды, расположенные в спирали друг напротив друга присоединяются друг к другу и они комплементарны, аденин соединяется только с тимином и может стоять только напротив тимина, гуанин — только с цитозином. В 1976 г. была расшифрована первая нуклеотидная последовательность белка из бактериофага (185).
Молекула ДНК содержит последовательности нулеотидов.
Поскольку код содержит 4 элемента, то можно сказать, что код квадратичный. Она очень напоминает твердый диск современного компьютера. Там тоже записаны только единички и нулики. Поэтому код компьютера двоичный. Однако, используя единички и нулики, современные программы позволяют нам видеть на экране и передавать друг другу изображения, делать сложнейшие расчеты, моделировать процессы, протекающие в клетке… Клетки и организмы способны, используя информацию, заключенную в квадратичном коде, строить огромные конструкции типа деревьев, достигающих высоты 150 м или китов в животном царстве или сложнейшие конструкции типа человеческого тела…
I.3. ХИМИЯ И ЖИЗНЬ: БЕЛКИ
Перед тем как описывать структуры следует некоторое время уделить строительному материалу. Поэтому я очень и очень кратко охарактеризую основные органические и неорганические молекулы, образующие клетки, молекулы, на основе которых строится жизнь.
Сейчас установлено, что жизнь на Земле основана на трех классах сложных органических соединений: ДНК, РНК и белков. Как я уже отмечал, ДНК отвечает за хранение наследственной информации. Белки выполняют все виды активных каталитических и строительных функций. Молекулы РНК служат посредниками между ДНК и белками, обеспечивая считывание наследственной информации и синтез белков в соответствии с записанными в молекуле ДНК "инструкциями".