Дивовижні молекулярні машини у вашому тілі
Це - крихітні молекулярні машини, і вони роблять це всередині вашого тіла, в цей час.
Щоб зрозуміти навіщо, нам потрібно зменшити масштаб.
Щодня в тілі дорослої людини 50-70 мільярдів клітин помирає.
Через перевантаження, чи ушкодження, або ж просто від старості.
Це нормальний процес, назва якого "запрограмована клітинна смерть".
Але для компенсації цих втрат прямо зараз мільярди ваших клітин діляться, по суті, створюючи нові клітини.
І цей процес поділу клітин, званий мітозом, потребує наявності армії крихітних молекулярних машин.
Тож, розгляньмо цей процес детальніше.
Можна почати з ДНК - усім відомої молекули у вигляді подвійної спіралі.
Це - науково точне зображення ДНК, створене Дрю Беррі в інституті медичних досліджень Волтера та Елізи Холл.
Якщо ви розкрутите дві нитки, то побачите, що кожна з них має цукрофосфатний кістяк, зв'язаний з послідовністю спарених основ нуклеотидів, які позначаються літерами A, T, Г і Ц.
Вони утворюють комплементарні пари, що вкрай важливо при копіюванні ДНК.
Копіювання ДНК є одним з перших кроків при поділі клітин.
Ось дві нитки ДНК розкручуються і розділяються крихітної синьою молекулярною машиною - геліказою.
Геліказа обертає ДНК з дуже великою швидкістю.
Ланцюг ДНК справа має свій комплементарний ланцюг, що безперервно збирається.
Але з іншим ланцюгом все складніше, оскільки він рухається в протилежному напрямку.
Тому він повинен утворювати петлі з комплементарним ланцюгом, з'єднуючись із ним ділянка за ділянкою.
В кінці цього процесу виходять дві однакові молекули ДНК, завдовжки кілька сантиметрів і шириною в кілька нанометрів кожна.
Тому, аби ДНК не стала безладно заплутаною, вона намотується навколо білків, званих гістонами, формуючи нуклеосоми.
Ці нуклеосоми групуються у своєрідне волокно під назвою "хроматин", який далі утворює петлі й скручується, утворюючи хромосому - одну з найбільших молекулярних структур у вашому тілі.
Хромосоми добре помітні під мікроскопом в клітині під час поділу.
Лише тоді вони набувають своєї характерної форми.
Решту часу ДНК перебуває в ядрі у розгорнутому (деконденсованому) стані.
У ссавців процес поділу клітини триває близько години, тому це покадрова зйомка.
Ви можете бачити, як хромосоми вишиковуються по екватору клітини.
Тепер, коли "шикування" завершене, вони розриваються і дістаються двом новим дочірнім клітинам, кожна з яких тепер містить ідентичну копію ДНК.
Яким би простим цей процес не здавався, він неймовірно складний, і вимагає ще більш захопливих молекулярних машин.
Розгляньмо одну хромосому.
Одна хромосома складається з двох хроматид, які містять дві однакові копії ДНК, отримані раніше.
Кожна хроматида з'єднується з мікротрубочками, які направляють і допомагають їм "вишикуватися".
Мікротрубочки кріпляться до кінетохорів на хромосомі, які позначені червоним кольором.
Кінетохор складається з сотень різних білків, що працюють спільно для досягнення багатьох цілей.
Фактично, це один з найскладніших молекулярних механізмів у вашому тілі.
Кінетохори мають визначальне значення для успішного розділення хроматид.
Вони створюють динамічне з'єднання між хромосомою і мікротрубочками.
Мікротрубочки постійно збираються на одному кінці й розбираються на іншому.
Цей механізм до кінця не з'ясований.
Доки хромосома ще в процесі підготовки до поділу, кінетохор посилає хімічні сигнали "стоп" решті клітини.
Це роблять молекули, показані червоним.
Такий сигнал "говорить", що ця хромосома ще не готова до поділу.
Кінетохор також відчуває механічний натяг.
Коли натяг саме такий, як потрібно, а розташування, орієнтація і кріплення правильні, всі ці білки переходять у стан готовності.
Тут це показано зеленим.
У цей момент генерація сигналу "стоп" не вимкнута!
Замість цього, сигнальні молекули буквально біжать від кінетохорів по мікротрубочках за допомогою динеїнового крокуючого мотору.
Він насправді має такий вигляд.
У нього є довгі "ніжки", за допомогою яких він може переступати через кінезини - ще одні молекулярні мотори, які "крокують" в інший бік.
Особисто я вражений цими крихітними молекулярними машинами; тим, що вони здатні невтомно і сумлінно виконувати свої функції мільярди разів всередині вашого тіла щомиті.
Мене так само вражають вчені, які змогли з'ясувати, як це відбувається; в таких подробицях, що стало можливим їхнє реалістичне зображення, як в анімації, яку ви щойно бачили.
Але, мабуть, найбільш вражаючою є думка, наскільки багато ще належить відкрити: наприклад, як саме мікротрубочки розтягують хроматиди до полюсів клітини.
Існує ще так багато того, що ми не до кінця розуміємо.
Знаєте, я вважаю захопливим те, що в науковій фантастиці десятиліттями ми пишемо про маленьких нанороботів, яких будуть вводити в нашу кров, і які зможуть лікувати нас.
Але про що це свідчить?
Існування цих крихітних молекулярних машин всередині нас говорить про те, що немає фізичних обмежень для цього. Тож, я вважаю дуже імовірним те, що в майбутньому ми зможемо розробити власні крихітні молекулярні машини, які зможуть лагодити наші тіла краще, ніж наші власні білки.
