Главный секрет — упаковка

Если 3 млрд пар нуклеотидов, входящих в состав генома человека упаковать «по правилам» в одной двойной спирали, она протянете на 1, 8 м. Между тем эта полоса, разрезанная на 46 хромосом, «втис­кивается» в клеточное ядро поперечником несколько нанометров (напомню: 1 нм = 10~⁹ м). Конечно, в такой тесноте молекулам из­рядно достается, и они слабо напоминают идеальную картинку, изображающую молекулу в безбрежном море растворителя. Плот­ность такой упаковки составляет около 100 мг/мл, что сопоставимо с плотностью высокопористого полимерного геля.

Таким образом, упаковочный коэффициент для цепочек ДНК оказывается огромным. В самой маленькой хромосоме человека (ее размер около 2 мкм) длина молекулы ДНК составляет 14 мм, т. е. коэффициент равен 7000. Дело в том, что цепочки ДНК намо­таны на ядра белков, имеющие форму дисков, причем цепочки плотно прижаты к дискам в тех точках, где намотка начинается и

завершается. Каждая такая структура (нуклеосома) высотой 6 нм и диаметром 11 нм содержит около 200 пар нуклеотидов, распреде­ленных в двойной обмотке. Промежутки же между нуклеосомами, где ДНК предстает в «свободной» форме, очень малы (от 8 до не­скольких десятков пар оснований). Дисковидные структуры соеди­нены между собой так, что формируют нить толщиной около 10 нм, напоминающую четки или связки, в которых зимой хранят лук. Нить также складывается несколько раз, образуя волокно толщи­ной 30 нм. Эти волокна — основа хроматина, полную структуру ко­торого мы не знаем до сих пор. Многочисленные гипотезы о том, что упаковка нуклеосом в хроматине напоминает соленоид, под­твердить пока не удалось. Так что, по «гамбургскому счету», как «уложена» ДНК в клетке, до конца неясно.

Впрочем, кое-что все-таки известно. Например, упомянутые во­локна, в свою очередь, складываются и сжимаются, так что в хро­мосомах между делениями клетки упаковочный коэффициент бли­зок к 1000, а в Х-хромосоме при делении клетки еще в 10 раз выше.

За счет чего достигаются такие фантастические уплотнения, остается загадкой. Прежде считалось, что необходимую прочность обеспечивают смежные каркасы белков, воспринимающие как единое целое столь значительное усилие, но последние результаты скорее свидетельствуют о том, что структурная целостность хромо­сом — заслуга поперечных связей в хроматине.

У белков же в клетке, похоже, более сложные задачи. Увы, и пдесь многое неясно. По одной из гипотез, именно белки делают ДНК одновременно и «свободной», и «связанной», хотя эти поня­тия не передают подлинных особенностей ее поведения, любые описания которых наталкиваются на серьезные терминологичес­кие трудности, ибо выразить словами то, что происходит с молеку­лами в клетке, при всем богатстве языка подчас не удается. Допод­линно известно пока лишь то, чтоГ изменение формы хроматина имеет решающее значение для транскрипции — клетки, утратив­шие эту способность, попросту нежизнеспособны.

Различают два типа этих внутриядерных комплексов. Более рас­пространенный эухроматин имеет меньшую плотность упаковки и напоминает полимерный гель. В гетерохроматине уплотнение больше — он выглядит, как редкие плотные вкрапления в хромосо­мах. Специалисты склоняются к тому, что эухроматин содержит «ак­тивные» участки ДНК (гены), относительно невысокая плотность упаковки которых позволяет им контролировать транскрипцию, а ге-терохроматин «сжат» подобно огромному массиву хранимой, но не востребованной пока информации.

2 — 4248 17

Увы, и эта схема не может считаться надежно подтвержденной в эксперименте. По мнению некоторых исследователей, за этими терминологическими изысками скрыто множество неизвестных нам «персонажей», каждому из которых отведена определенная роль в чудовищно сложной иерархии элементов клеточной струк­туры. До истинного ее понимания, судя по всему, еще далеко.