Планеты и жизнь

Сейчас в молекулярной биологии эпоха накопления фактического материала, и попытаемся пока просто на основании имеющихся данных поглядеть, каким же образом клетка печатает свои собственные копии, размножается.

Для этого ей нужно сделать две вещи.

Первое — снабдить потомство информацией о том, что ему надлежит делать в этом мире. Иными словами, передать генофонд, молекулы ДНК.

Второе — взрастить внутри себя полноценного «ребенка», копию. Для этого бактериальная клетка, дерево, животное обязаны уметь синтезировать белки, которые и делают растущий организм жизнеспособным.

Эти процессы идут повсеместно в мире живого. И в обоих этих процессах участвуют белки. Как происходит редупликация ДНК — передача генофонда, говорилось в предыдущей главе. А матричный синтез белков?

Попробуем разобраться в этом отнюдь не простом вопросе. Кстати говоря, совершенно ясно, что живой организм строит белки не только в цикле размножения, но и во время всей своей жизни, например, в процессе роста.

Итак, клетке потребовалось построить какой-либо белок. И вот наша молекулярная фабрика берется за дело. По строгому правилу, которое называется центральной догмой, или центральным постулатом молекулярной биологии, последовательно начинают работать отдельные цехи фабрики.

Что же это такое — центральная догма, сформулированная впервые Ф. Криком?

Догма указывает путь передачи информации в живых системах от ДНК до белка. Она (догма) утверждает, что информация о синтезе белков хранится в ДНК.

Поток информации начинается тогда, когда информация с ДНК «переписывается» на молекулу РНК. Этот процесс называется транскрипцией, а одноцепочечная молекула РНК, которая образуется, как на матрице, на молекуле ДНК, называется матричной, или информационной.

В принципе этот процесс похож на процесс редупликации ДНК, но в случае транскрипции с ДНК считывается лишь определенный, нужный в данный момент клетке участок (ген).

Далее уже на матричной РНК с участием рибосом, определенных ферментов, специальных так называемых транспортных РНК и происходит сборка белковой молекулы. Этот последний этап процесса синтеза белка называется трансляцией.

Центральный постулат утверждает, таким образом, что поток информации во всех живых организмах идет только в одном направлении — от ДНК через РНК к белку. Другими словами, ДНК «знает» о белке все. Белок «не знает» о ДНК и не может повлиять на последовательность нуклеотидов в ДНК. Более того, если бы нашелся организм, функционирующий по принципу белок — ДНК, это заставило бы нас пересмотреть основные положения молекулярной генетики и биологии.

Казалось бы, все просто: есть матрица, а на ней строится белок. Но простоты здесь нет никакой.

Разберем более подробно, каким же образом происходит синтез белковых молекул.

Так же как и при описаний репликация ДНК, мы постараемся подчеркнуть нерешенные вопросы в процессах матричного синтеза, чтобы сделать более контрастной стержневую идею о глубине разрыва между макромолекулами и функционирующей клеткой.

Сегодня на основании большого числа опытных данных можно считать твердо установленным, что план построения клеточных белков записан в молекуле ДНК.

К такому выводу ученые пришли, конечно, не сразу, хотя проблема передачи наследственной информации возникла еще во времена Ф. Мишера и Г. Менделя.

На рубеже XIX и XX веков лишь отдельные естествоиспытатели понимали всю принципиальную важность и сложность проблемы воспроизведения копии живого организма и передачи наследственной информации.

Работы русского химика профессора А. Колли, выполненные почти столетие назад, показали, что наследственное вещество в бактериальной клетке составляет очень малую часть от общего числа молекул в ней.

И данные Колли натолкнули академика Н. Кольцова на идею о матричном синтезе белков. Однако Кольцов представлял себе поток информации в виде схемы белок — белок. Он думал, что «каждая белковая молекула возникает из белковой молекулы путем кристаллизации вокруг нее находящихся в растворе аминокислот и других белковых обломков».

Весь процесс построения белка, как мы сейчас знаем, происходит не так и гораздо сложнее, но идея матричного синтеза, впервые высказанная Кольцовым в двадцатых годах нашего века, оказала неоценимое влияние на все последующее развитие молекулярной биологии.

Если отвлечься на время от химических аспектов взаимодействия аминокислот с РНК, то проблему генетического кода можно рассматривать просто как проблему перевода текста с одного алфавита на другой.

Молекулу белка можно представить себе как фразу с определенным смыслом. Ну, например, «Яумеюпомогатьорганизмувперевариваниипищи». Не очень длинная фраза, не очень сложный белок — всего 40 аминокислотных остатков. Каждая буква в этой фразе — аминокислота. Но только в отличие от русского алфавита в аминокислотном языке всего двадцать букв. Стоит переставить местами несколько букв во фразе, и она потеряет смысл.

Стоит переставить аминокислоты, и молекула белка тоже «потеряет смысл» — не сможет выполнять свою функцию: помогать в переваривании пищи.