Молекулы нуклеиновых кислот могут содержать остатки одного из двух сахаров – рибозы или дезоксирибозы. Разница между двумя сахарами небольшая – всего в один атом кислорода. «Дезокси-» переводится с латыни как «отсутствие атома кислорода», то есть дезоксирибоза – это рибоза без одного атома кислорода. От названия сахарного остатка образуются названия кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). С химической точки зрения разница между ДНК и РНК заключается в наличии или отсутствии одного атома кислорода в сахарном остатке. Не такая уж и большая разница, верно? Но с генетической точки зрения разница между ДНК и РНК огромна. Молекула ДНК – хранитель наследственной информации и организатор ее передачи по назначению. Да, и организатор тоже, поскольку именно в молекуле ДНК записан процесс считывания закодированной в ней информации. А молекулы РНК играют вспомогательную роль – служат матрицами для синтеза белков, проявляют ферментативную активность, занимаются транспортом белков внутри клетки. Но у многих вирусов РНК играет роль ДНК, то есть является хранителем наследственной информации. По типу хранилища вирусы подразделяются на РНК-содержащие и ДНК-содержащие. Подавляющее большинство вирусов содержат РНК.

Что конкретно понимается под словами «наследственная информация»? Это информация о строении всех клеточных белков и РНК, а также информация о системах регуляции их синтеза.

Молекулы ДНК и РНК состоят из повторяющихся блоков, которые называются нуклеотидами. Нуклеотиды можно сравнить с буквами, которыми записывается наследственная информация. Всего букв пять, три из них универсальные, то есть – содержатся и в молекулах РНК, и в молекулах ДНК, четвертая присутствует только в ДНК, а пятая – только в РНК. Посмотрите на себя в зеркало и представьте, что вся информация о вас, таком симпатичном, умном, совершенном во всех отношениях и абсолютно уникальном человеке, записана при помощи четырех букв.

Но этого вполне достаточно, ведь комбинация из четырех элементов дает десять тысяч вариантов, вдобавок эти четырехэлементные комбинации комбинируются друг с другом в различных сочетаниях, что дает невероятно большое, можно сказать – стремящееся к бесконечности, количество вариантов.

Молекулы ДНК не просто огромные, они гигантские. Число атомов в молекуле ДНК может доходить до десяти миллиардов. Природа стремится к компактности, поэтому гигантская молекула ДНК состоит не из одной, а из двух цепочек, которые закручены вокруг своей оси в спираль, образуя что-то вроде двойной пружины. Молекулы РНК гораздо меньше и, в большинстве своем, состоят из одной цепи.

Вам, наверное, доводилось слышать слово «хромосома». Хромосомой называется комплекс из молекулы нуклеиновой кислоты и нескольких молекул белка. В этом комплексе молекула нуклеиновой кислоты выступает в роли госпожи, а белковые молекулы – в роли обслуживающего персонала.

В «ядерных» клетках-эукариотах хромосомы, имеющие вид длинных тонких нитей, собираясь вместе, образуют ядро. Изначально этот термин был предложен для обозначения структур, выявляемых в клетках-эукариотах, но в последнее время все чаще говорят о бактериальных или вирусных хромосомах. Давайте договоримся, что мы слово «хромосома» вообще употреблять не станем, а станем просто говорить о молекулах ДНК и РНК. Сейчас мы упомянули о хромосомах только для того, чтобы это слово, встреченное в других источниках знаний, не ставило бы вас в тупик.

Участок молекулы ДНК или РНК, содержащий информацию об одном отдельном белке, то есть – об одном признаке организма, называют геном. Чем сложнее организм, тем большее количество генов содержится в его «досье», которое называется геномом. Геном человека содержит около 28 000 генов, а у крошки-цирковируса (вируса из семейства цирковидовых) – генов всего два. Кстати говоря, название семейства происходит не от слова «цирк», а от латинского слова «circus», означающего «круг». Дело в том, что одноцепочечная молекула ДНК этих вирусов замкнута в кольцо. В цирках же если и обитают какие-то вирусы, то это вирусы хорошего настроения, до изучения которых у вирусологов пока еще руки не дошли.

Считывание информации с молекулы нуклеиновой кислоты происходит довольно просто – по молекуле «ползет» молекула специально уполномоченного фермента, которая считывает информацию и на ее основании синтезирует молекулу белка или же РНК-матрицу для синтеза белковых молекул. На небольшой РНК-матрице удобнее производить молекулы белка, чем на огромной ДНК-матрице, опять же молекула ДНК, кодирующая данный белок, присутствует в клетке в единственном экземпляре, а РНК-матриц можно «наштамповать» сколько угодно.

В любой живой клетке на основе наследственной информации постоянно что-то да синтезируется.

Сказки про Кощея Бессмертного все помнят? «На море на океане есть остров, на том острове дуб стоит, под дубом сундук зарыт, в сундуке – заяц, в зайце – утка, в утке – яйцо, в яйце – игла, смерть Кощея». Игла – это ДНК, яйцо – клеточное ядро, заяц и утка обозначают цитоплазму, а сундук – это клеточная мембрана, которая ограничивает содержимое клетки и отделяет клетку от внешней среды. Есть клетки, не имеющие ядра и каких-либо клеточных органов, называемых органеллами или органоидами. Но без оболочки, внутренней среды и досье с наследственной информацией клетки быть не может.

Клеточная мембрана – это «умная» оболочка, которая пропускает в клетку нужные вещества и не пропускает ненужные или вредные. По-научному это явление называется избирательной проницаемостью.

Клеточные мембраны образованы двойным слоем фосфолипидов. Давайте вспомним из курса химии, что липидами называются жиры и жироподобные вещества, а фосфолипидами называются липиды, молекулы которых содержат остатки фосфорной кислоты.^[4]

Через двойной слой фосфолипидов в клетку самостоятельно, без посторонней помощи, могут проникать только жирорастворимые вещества – жиры или, к примеру, спирты. Вода и все водорастворимые вещества, в том числе и любые ионы, сами по себе проходить через мембрану не могут, для них нужны специальные транспортные каналы. Каналы образуются белковыми молекулами, которые находятся в толще клеточных мембран. В фосфолипидных оболочках без участия белков канал устроить невозможно – простое отверстие тут же затянется подобно тому, как затягивается отверстие, сделанное в пленке жира на поверхности воды.

Белковые молекулы могут образовывать пору или канал для прохождения водорастворимых веществ или же занимаются активным транспортом – захватывают нужные молекулы на одной стороне мембраны и переносят к другой стороне. Молекулы-транспортники пронизывают всю толщу клеточной мембраны, выходя обеими своими концами за ее пределы.

На наружной поверхности мембран находятся рецепторы – белковые молекулы, способные связываться с молекулами определенных веществ. Через рецепторы эти вещества оказывают на клетку определенное воздействие. Существуют особые рецепторы, называемые маркерами, которые представляют собой нечто вроде «визитной карточки» клетки. По маркерам клетки опознаются другими клетками, а также вирусами.

Рибосомы – это сферические образования, не имеющие своей отдельной мембраны. По сути рибосомы являются скоплением молекул РНК, синтезирующих белки из аминокислот, в соответствии с информацией, записанной в РНК-матрице. Молекула ДНК – слишком громоздкая матрица, гораздо удобнее для синтеза белковых молекул маленькие матрицы РНК, и это удобство оправдывает затраты на их изготовление на основании той информации, что записана в молекуле РНК. К тому же матрица-ДНК в клетке всего одна, а РНК-копий можно изготовить сколько угодно, в результате чего синтез белков будет более интенсивным. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках, они есть и у эукариот, и у прокариот. Количество рибосом в клетке может достигать десятков миллионов. Иначе и быть не может, ведь живой клетке постоянно нужны белки.^[5]

В цитоплазме находится множество рибосом – сферических образований, не имеющих своей отдельной мембраны. Рибосомы образованы скоплениями молекул РНК, которые занимаются синтезом белков по РНК-матрицам. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках. Количество рибосом в одной клетке зависит от потребности в белках и может достигать нескольких миллионов.

На этом наше беглое знакомство с клеткой можно считать завершенным. Многое, разумеется, осталось за рамками, но нам с вами, как вирусологам, бо2льших знаний пока не требуется. А если что и нужно будет дополнить, то мы сделаем это по ходу разговора.

Важно понимать следующее:

➢ в любой клетке есть молекулы ДНК, в которых записана наследственная информация;

➢ у любой клетки есть защитная оболочка – клеточная мембрана, обладающая избирательной проницаемостью;

➢ на поверхности клеточных мембран расположены маркеры – белковые молекулы, служащие для распознавания клеток.

Та-да-да-дам!

Дорогие друзья! Наступил торжественный момент, которого многие из вас давно ждали. Начинается ваше путешествие в неповторимый и прекрасный мир вирусов! Помните о том, что вы вступаете на чужую территорию, часть населения которой может быть настроена враждебно по отношению к вам. Будьте внимательны и осторожны! Следуйте инструкциям и, что бы ни произошло, не поддавайтесь панике. И берегите себя. Ведь лучше вас с этой задачей никто не справится.