>> << >>
Главная Выпуск 18 NewConcepts Chapters

ДНК В ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ ТЕЛЕ СИНТЕЗИРУЕТСЯ СО СКОРОСТЬЮ ПОРЯДКА  1000 КИЛОМЕТРОВ В СЕКУНДУ

Юрий Магаршак

 Image result for юрий магаршак фото

Зададимся вопросом, ответ на который, почему-то не входит в учебники. Какова общая длина молекулы наследственности – ДНК – в организме человека? В одной клетке известно и нетрудно проверить с помощью калькулятора. В человеческом геноме около 3 млрд пар нуклеотидов.  Размер одного нуклеотида 0,34  нанометров или 3 x 10-9  метра каждый. Таким образом суммарная длина пар нуклеодидов в одной клетке человека около метра, а так как в каждой паре спаренных нуклеотидов двойной цепи два нуклеотида, и нуклеотиды каждой из двух комплементарных цепей синтезируются независимо, то всего для функционирования клетки синтезируются примерно 6 миллирдов нуклеотидов, имеющих суммарную длину (если растянуть цепи) около двух метров.

Число клеток в теле человека порядка 1014 = 105 миллиардов, или  сто триллионов. Из них ежедневно погибает около 70 миллиардов  клеток и приблизительно столько же синтезируется. Таким образом, суммарная длина ДНК в человеческом организме порядка 1014 метров, 1011 километров, сто миллиаров километров. Сравним. Расстояние от земли до солнца 150 миллионов километров. Стало быть суммарная длина ДНК в теле человека примерно в семьсот раз больше, чем расстояние от земли до солнца!

 

Какова суммарная длина ДНК, синтезируемой в одну секунду? Чтобы оценить это, разделим длину ДНК в человеческом теле 1011 км на продолжительность жизни человека (порядка 100 лет, цифра завышенная но для оценки по порядку величины это неважно), помноженной на число секунд в году

(3600 x 24 x 360 ~31.1 миллионов секунд. Таким образом, получаем

1011км / 100 x 3 107 сек ~ 100 километров в секунду.  

Таким образом, каждую секунду в теле каждого из нас синтезируется порядка 100 километров ДНК. И это заниженная оценка, так как клетки в теле человека обновляются каждые 7-10 лет. Верный ответ почти на порядок больше.

 

Оценим что происходит с синтезом ДНК на протяжении суток. 7 x 1010 клеток умирает, и (так как жизнедеятельность поддерживается) примерно столько же синтезируется. Таким образом в день синтезируется 7 x 1010 x 1.5 м то есть порядка 1011 метров ДНК или 108 километров. По порядку величины расстояние от Земли до Солнца. Так как в сутках 86.400 секунд (круглым счетом 105 секунд, в секунду в организме человека синтезируется ~1000 километров ДНК. Расхождение на порядок c статичной оценкой определяется тем, что в действительности продолжительность жизни клеток в человеческом организме различна. Красные кровяные тельца живут в течение четырех месяцев,  а в целом, как показал шведский молекулярный биолог Джонас Фрисен, изучавший обновление тканей измерением уровня радиоактивного углерода 14, организм человека обновляется каждые 7-10 лет. А значит, для того, чтобы рассчитать синтезированное в течение жизни ДНК человека, находящееся в его теле в каждый момент надо умножить примерно на десять. Поэтому приведенные выше оценки, определенные различными методами, можно считать замечательно совпадающими.

 

Еще большая скорось синтеза ДНК происходит в теле зародыша, особенно в последние месяцы перед его появлением на свет, так как масса новорожденного примерно в 20 раз меньше, чем тело взрослого, а рождается он за 9 месяцев, в то время как человек в среднем живет более 50 лет. В последние месяцы беременности скорость синтеза ДНК в нем надо увеличить в сравнении с средней скорости синтеза ДНК в человеке, повидимому, еще на порядок.

Насколько велика цифра 1000 километров в секунду? Первая космическая скорость (необходимая для вывода спутника на орбиту) 7.9 км / сек. вторая космическая скорость (необходимая для того, чтобы тело преодолев притяжение Земли, вышло в космос) 11.16 км/сек, третья космическая скорость (необходимая для выхода из притяжения Солнечной Системы)    16.6 км/сек. Каждая из них – сама по себе в масштабах созданных человеком ракет немаленькая –  примерно в сто раз меньше суммарной скорости синтеза ДНК в человеческом организме.

Скорость передвижения Солнца к границе созвездий Геркулеса и Лиры составляет 4 а.с. в год, или 20 км/с –в пятьдесят раз меньше константы синтеза ДНК в человеческом теле.

Со скоростью синтеза ДНК сравнимы лишь движение Солнца относительно центра нашей Галактики (порядка 200 км/с) и сближение  Нашей Галактики с галактикой Андромеды со скоростью 100-150 км/с. Группа галактик, в которую входит и Млечный путь, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с.

Четвертая космическая скорость (необходимая для того, чтобы тело вышло за пределы галактики) 550 км/c в два раза меньше скорости синтеза ДНК в теле человека

Само собой разумеется, колоссальная цифра синтеза ДНК относится не к одной, а к множеству нуклеотидных цепей, в репликации которых в каждой клетке участвует большое количество рибосом. Это тончайший многокомпонентный процесс, который наглядно представлен на анимации ниже. Одако суммарная скорость синтеза ДНК, по порядку величины близкая к тысяче километров в секунду, является колоссальной и уникальной в мире живого. 

 

В связи с сделанными нами оценками по порядку величины, результаты которых оказались неожиданно (сравнительно с интуицией) велики, возникает вопрос. Связан ли максимальный размер живых организмов (слонов, мамонтов и динозавров на суше, китов в воде) с ограничением максимальной суммарной скорости синтеза ДНК, а также с суммарной массы белков в человеческом организме? Нет ли здесь какого-то фундаментального предела по максимальной величине, выше которого существование живых организмов, построенных на принципах белкового синтеза и репликации ДНК, невозможно? Вопрос, представляющийся фундаментальным и интригующим.

 

 

Добавить комментарий

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Войдите в систему используя свою учетную запись на сайте:
Email: Пароль:

напомнить пароль

Регистрация