Начнем с молекулярного уровня. На молекулярную биологию с надеждой смотрит вся медицина.
Клетка – это сложнейшая система. Она отделена от внешней среды оболочкой из структурных белков и липидов и имеет множество пор, по которым циркулируют токи жидкостей, содержащие различные простые и сложные молекулы. По ним осуществляются как вещественно-энергетические, так и информационные связи. Оболочка – это совсем не пассивная полунепроницаемая мембрана, а сложная структура с управляемыми «из центра» порами, избирательно пропускающими и даже активно захватывающими вещества извне.
Рассмотрим до предела упрощенную схему клетки (рис. 1). Вверху изображены «органы управления» – ДНК, состоящая из генов, и рибосомы; ниже – «рабочие элементы», тоже условно поделенные на «специфические» и «обеспечивающие» структуры, которые выполняют соответствующие функции. Толстыми стрелками с надписями обозначены внешние «входы» и «выходы», тонкими – прямые и обратные связи между элементами.
Деятельность клетки сводится к многочисленным биохимическим реакциям, каждая из которых обеспечивается своим белком-ферментом. Белки синтезируются, «печатаются» в рибосомах по матрицам – образцам РНК, которые получаются копированием одного гена с ДНК. Ген – это участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, иными словами, об одном белке. Таким образом, в ДНК содержится набор «моделей» для всех белков ДНК клетки, в том числе и ферментов.
Клетки разных тканей одного организма отличаются набором ферментов и других белков. Например, только в эритроцитах образуется гемоглобин, только в клетках гипофиза синтезируются белки гормонов роста и т. п. Но все эти разные клетки произошли от одной оплодотворенной яйцеклетки – в результате множества делений, следующих одно за другим. Следовательно, во всех клетках имеется одинаковый набор молекул ДНК и закодированы все «инструкции»: как развиваться плоду, как вырасти взрослому, как должен действовать каждый вид клеток в процессе жизни человека. Однако в каждой клетке реализуется только часть генетической информации. Специализация клетки определяется теми генами, с которых информация была прочтена и реализована в виде белков. Кроме того, даже специфичные для данной клетки белки не образуются в ней все одновременно. В разное время в зависимости от нужд клетки в ней синтезируются разные белки. Например, для деления клетки нужны одни белки, для захвата пищи – другие, для переваривания ее – третьи и т. д. «Неработающие» гены блокируются. Они «включаются» по сигналам, идущим от «рабочих» элементов (см. стрелку «запрос на синтез» на рис. 1).