ДНҚ шын мәнінде қандай көрінеді

Ғылымның дамуы тірі ағзалардың ең кішкентай құрылымдарын зерттеуге мүмкіндік беріп отыр. Соның ішінде ДНҚ молекуласы – тіршіліктің негізін құрайтын күрделі құрылым. Оны көбіне қос спираль түрінде бейнелейді, алайда нақты өмірде бұл молекула қандай болатынын көпшілік елестете бермейді. ДНҚ-ны көру үшін ерекше құралдар мен жағдайлар қажет. Бұл мақалада біз ДНҚ-ның шынайы бейнесі қандай екенін, оны зерттеу әдістері мен ғылыми тұрғыда қалай бейнеленетінін қарастырамыз.

ДНҚ дегеніміз не және ол қалай құрылған

Дезоксирибонуклеин қышқылы немесе қысқаша ДНҚ – тірі ағзалардағы барлық генетикалық ақпаратты сақтайтын биологиялық полимер. Ол бір-біріне қарама-қарсы орналасқан екі ұзын тізбектен тұрады. Бұл тізбектер нуклеотидтер деп аталатын құрылымдардан құралған. Әрбір нуклеотид ағзадағы белоктар мен басқа маңызды молекулалардың құрылысын анықтайды.

Бізге мектеп оқулықтарынан таныс қос спираль бейнесі алғаш рет 1953 жылы Уотсон мен Криктің ғылыми жұмысында ұсынылды. Дегенмен шынайы жағдайларда ДНҚ келесіше әртүрлі пішіндерге ие бола алады:

• сұйық ортада ол шынымен де бұралған спираль түрінде болады;
• жасуша ядросында ол хроматинге оралып орналасады;
• жасуша бөліну кезінде ол хромосомаға айналады.

Бұл өзгерістер молекуланың динамикалық табиғатын және түрлі биологиялық процестерде қалай әрекет ететінін көрсетеді.

ДНҚ-ны көзбен көруге бола ма

Бір ғана ДНҚ молекуласын жалаңаш көзбен көру мүмкін емес, себебі оның қалыңдығы небәрі 2 нанометр шамасында, бұл – адам шашының жуандығынан 50 мың есе жіңішке. Алайда зертханада бірнеше миллион молекула жинақталғанда, оны көруге болады. Мысалы, банан немесе құлпынай сияқты жемістерден экстракция жасап, ақшыл, шырыш тәрізді зат көруге болады. Бұл – ДНҚ-ның жиналған массасы.

Демек, ДНҚ-ның өзі көзге көрінбесе де, оның үлкен шоғырын арнайы әдіспен бөліп алуға болады.

Ғалымдар ДНҚ-ны қалай көреді

Бүгінгі күні ДНҚ құрылымын көру үшін жоғары дәлдіктегі бірнеше әдіс бар. Олар көмегімен молекуланың нақты пішіні мен құрылымы анықталады.

Міне, сол әдістердің бірнешеуі:

1. Сканерлейтін туннельдік микроскопия. Бұл әдіс атомдық деңгейдегі құрылымды зерттеуге мүмкіндік береді. Электрон бұлтымен әрекеттесетін ине арқылы молекуланың сыртқы бейнесі түсіріледі.
2. Криоэлектрондық микроскопия. Заттар сұйытылған күйге дейін салқындатылып, кейін электрондар ағынымен бейнеленеді. Осылайша макромолекулалардың табиғи күйдегі көлемді кескіні алынады.
3. Атом-күштік микроскопия. Бұл құрал молекуланың үстінен арнайы зонд жүргізу арқылы оның формасын дәл анықтайды. Алғаш рет ДНҚ-ны осы әдіспен «суретке түсіру» мүмкін болған.

Бұл технологиялар өте күрделі, бірақ олар молекуланың нақты бейнесін алуға мүмкіндік береді.

ДНҚ-ның шынайы сыртқы келбеті

Заманауи зерттеулерге сүйене отырып, ДНҚ-ны мынадай сипаттауға болады:

• ол өте жіңішке спираль тәрізді құрылым;
• әрбір айналым шамамен 3,4 нанометр аралығымен қайталанады;
• кей кезде молекула ашылып, бір тізбекті жіпке ұқсайды;
• кей учаскелерде ол тығыз түйіндерге немесе шоғырға айналады.

Яғни, бізге таныс симметриялы спираль – шын мәнінде идеалдандырылған бейне. Шынайы ДНҚ – бұрмаланған, майысқан және үнемі қозғалыста болатын құрылым.

ДНҚ қандай пішіндерде болады

Бұл молекула жағдайға байланысты түрлі конфигурацияда болады. Ең жиі кездесетін формалар мыналар:

• B-формасы – классикалық қос спираль;
• A-формасы – ылғалсыз ортада кездесетін сәл тығыздау пішін;
• Z-формасы – солға бұралған спираль түрі, кей геном учаскелерінде кездеседі;
• суперспираль – молекуланың тығыз оралуы;
• хромосома – жасуша бөліну кезінде байқалатын ең жоғары ұйымдасу деңгейі.

Бұл әртүрлі пішіндер ДНҚ-ның статикалық емес, үнемі өзгеріп тұратын құрылым екенін көрсетеді.

Ғылым мен мәдениеттегі ДНҚ бейнесі

ДНҚ бейнесі биология мен ғылымның нышанына айналған. Ол жиі кездеседі:

• ғылыми ұйымдардың логотиптерінде;
• ғылыми-фантастикалық фильмдерде;
• оқулықтар мен энциклопедия беттерінде;
• кітап мұқабаларында немесе ғылыми журналдарда.

Бірақ бұл бейнелердің көбі тым жеңілдетілген және стилизацияланған. Нағыз молекула әлдеқайда күрделі.

Кең тараған түсініктердің бірнешеуіне мысал келтірейік:

1. ДНҚ әрқашан тегіс әрі симметриялы болады. Шын мәнінде, ол жиі майысқан және құрылымдық тұрғыдан икемді.
2. Тізбектер бір-бірінен анық ажырайды. Нанометрлік деңгейде бұл шекаралар бұлыңғыр әрі өзгермелі болады.
3. Бір тізбекті ДНҚ сирек кездеседі. Шын мәнінде, ол ДНҚ репликациясы немесе зақымдануы кезінде жиі пайда болады.

Шынайы бейнені тану ғылыми процесті тереңірек түсінуге жол ашады.

ДНҚ – микроскопиялық өлшеміне қарамастан, өмірдің негізін құрайтын ерекше құрылым. Оның шынайы пішіні гламурлы көрінбеуі мүмкін, бірақ сол қарапайымдықтың өзінде табиғаттың ұлылығы жатыр. Заманауи технологиялар молекулалық әлемге терең үңілуге мүмкіндік беріп, биотехнология мен медицинаның жаңа көкжиектерін ашады. ДНҚ-ны көру мүмкіндігі адамзаттың биологияны түсіну деңгейін түбегейлі өзгертіп келеді.