Один ген — один белок
На заре генетических исследований ученые верили в гипотезу «один ген — один белок»: каждый ген отвечает за экспрессию единственного белка. Если есть 25 тыс. генов, то должно быть 25 тыс. белков. Однако поздние работы ясно показали, что гипотеза слишком упрощена. В частности, для создания одного белка может требоваться более одного гена, так как некоторые белки состоят из нескольких цепочек аминокислот, каждая из которых создается на основе своего гена. Число возможных белков и их комбинаций невозможно оценить, и уже здесь сложность выходит далеко за пределы возможностей человеческого разума.
Рис. 8.2. Процесс экспрессии ДНК с образованием активного белка (например, фермента)
Но есть и другая загвоздка. Хотя все клетки организма содержат идентичный генетический шаблон, они выполняют разные функции. Клетки печени по форме и функции очень отличаются от нейронов и клеток внутренней поверхности кишечника. Их структурные и функциональные различия зависят исключительно от того, какой сегмент ДНК подвергся экспрессии в данной клетке. Процесс выбора из 3 млрд оснований прекрасно показывает природу в работе.
Сравнительно короткие сегменты последовательности ДНК — гены — транскрибируются в последовательности РНК, которые транслируются в последовательности аминокислот, используемых для синтеза белков. Эти белки обеспечивают работу клетки, будучи ферментами, гормонами и структурными единицами. ДНК выполняет свою миссию именно благодаря активности белков.