Світ симетрії

Молекула життя ДНК

Виняткова роль у світі живої природи належить молекулам дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) – молекулам спадковості. Це центральний план життя, бо молекула ДНК відповідає за передачу спадкових ознак від одного покоління клітин до наступного.

Молекула ДНК складається з двох ланцюжків, закручених один навколо одного. Це подвійна права спіраль (рис.24). Ланцюжки спіралі з'єднані між собою різними комбінаціями чотирьох сполук, які називаються нуклеотидами. Кожний нуклеотид утворений з трьох компонентів – пентози (П) (моносахариди, що містять п'ять атомів вуглецю у молекулі), азотної основи (АО) та фосфорної кислоти (Ф), між якими діють міцні хімічні зв'язки (рис. 25). На рисунку нуклеотиди позначені прямокутниками, а зв'язки між ними – штриховими лініями. Існують чотири типи азотистих основ: адеїн (А), гуамін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т). При цьому азотиста основа адеїн одного ланцюга завжди сполучається з тиміном (А-Т), утворюючи подвійний водневий зв'язок. А азотиста основа цитозин з гуаміном іншого ланцюга (Ц-Г), утворюючи потрійний водневий зв'язок. У кожному з цих поєднань обидва нуклеотиди нібито доповнюють (комплектують) один одного. Сполуки адеїну з гуаміном і тиміну з цитозином не реалізуються, тому, якщо відомий порядок розміщення нуклеотидів в одному ланцюзі, то можна встановити порядок нуклеотидів у іншому ланцюзі. Нуклеотиди ДНК у ланцюгах сполучаються між собою зв'язками П і Ф.

Наведена схема ДНК нагадує собою драбину (рис. 26), в якій роль вертикальних жердин відіграють ланцюжки П-Ф-П-Ф-П-Ф..., а роль горизонтального щабля – пари АО.

Певна послідовність нуклеотидів (пар АТ, ТА, ГЦ і ЦГ) і їх число вздовж “драбинок” визначають генетичний код (специфічність кожного гена), тобто індивідуальність кожного живого організму. Хоч існує лише чотири типи “перекладин”, їх величезна кількість на “драбині” дає можливість записати в одній молекулі ДНК всю спадкову інформацію. Вона зберігається під час поділу клітин організму.

Перед тим як поділитися і створити нове покоління собі подібних, клітини в організмі повинні подвоїти ДНК. Насамперед з допомогою специфічних білків “розкручуються” частини подвійної спіралі ДНК (рис. 27,а). Тоді за чітким порядком комплементарності вільні нуклеотиди, що містяться в клітині, приєднуються до відповідних їм нуклеотидів двох первинних ланцюжків спіралі (рис.27,б). Відтак утворюються дві копії молекули ДНК, тобто, коли клітина ділиться, кожна заново створена клітина отримує свою копію ДНК (рис. 27,в).

При цьому треба знати, що кожний пентозо-фосфатний ланцюжок являє собою праву спіраль, тому в цілому молекула ДНК має вигляд подвійної правої спіралі. Вона подібна не на звичайну прямокутну дробину, а на гвинтоподібну драбину (рис. 28).

Слід наголосити, що всі спіралі молекул ДНК в людському тілі є правими. Ліві спіралі ДНК повністю відсутні.

Структура молекул ДНК була введена, відкрита й розшифрована американцем Дж. Уотсоном і англійцем Ф. Кріком у 1953 році.

Многогранники з погляду симетрії

Ще в давнину греки вважали, що Всесвіт симетричний через те, що симетрія прекрасна. Виходячи із міркувань симетрії, Піфагор у V ст. до н.е. Землі приписував сферичну форму, й рухається вона також по сфері навколо „центрального вогню”. Ці ідеї Піфагор поширив на відомі тоді шість планет, Місяць, Сонце і навіть зорі. Всі вони також обертаються навколо того ж “вогню”, що й Земля.

Увагу вчених полонила не лише сферична форма, але й правильні опуклі многогранники. Ще піфагорійці дослідили вражаючий факт – існує не більше п'яти правильних опуклих многогранників різної форми. Їх назвали Платоновими тілами, бо їх детально описав Платон (V-IV ст. до н.е.). Це такі многогранники: тетраедр, октаедр, ікосаедр, гексаедр (куб), додекаедр (рис. 29).

Ідею симетрії, що випливала з факту існування п'яти Платонових тіл, поділяв видатний німецький астроном Й. Кеплер (1571-1630), який прагнув пояснити, чому Сонячна система складається з шести планет (інші планети тоді ще не були відкриті) і чому радіуси їхніх “сфер” (орбіт) відносяться так, як обчислив Кеплер. Учений у сферу (орбіту) Сатурна вписав куб, в який потім вписав сферу Юпітера. В сферу Юпітера вписав тетраедр, а в нього – сферу Марса і т. д. Обчисливши відповідно до цієї схеми радіуси планетних сфер, Кеплер помітив, що відношення цих радіусів непогано узгоджуються з даними, знайденими із спостережень. Він подумав, що цим йому вдалося пояснити принцип побудови Сонячної системи, бо нібито встановлювався зв'язок між існуванням шести планет і п'яти Платонових тіл. Радості Кеплера не було меж, але вона була передчасною. Скоро з'ясувалося, що збіги відношень радіусів планетних орбіт із співвідношеннями, знайденими із схеми правильних многокутників, були випадкові. Та й планет у Сонячній системі виявилося не шість, а дев'ять (або вісім як прийнято в останній час).

Навіть випадок Платонових тіл переконує, що симетрія обмежує різноманітність структур у навколишній природі, скорочує число можливих варіантів. Можливо, цей неординарний