SETI: Поиск Внеземного Разума

По своим функциям и составу органические вещества живой клетки разделяются на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, жиры (липиды) и углеводы (к последним относятся сахара, клетчатка и крахмал). Все они, в той или иной степени, участвуют в построении клеточных структур и, кроме того, выполняют разнообразные функции в процессах жизнедеятельности. Углеводы и жиры служат для организма «топливом», их молекулы являются источником энергии для протекающих в клетках биохимических реакций. Белки выполняют очень разнообразные функции. Прежде всего они являются катализаторами всех важнейших химических реакций, в том числе синтеза самих белков. Такие белки-катализаторы называются ферментами. В конечном итоге, они контролируют весь тот сложный комплекс процессов, который характеризует жизнедеятельность клетки и благодаря которому она постоянно воспроизводит себя как самосохраняющаяся, устойчивая система. Помимо этих функций, необходимых для существования самой клетки, у многоклеточных организмов в клетках вырабатываются белки, которые играют специфическую роль, принимая участие в жизнедеятельности других клеток данного организма. Так, например, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, переносит кислород от органов дыхания к клеткам тканей и участвует в переносе углекислого газа к органам дыхания. Белки-гормоны, вырабатываемые в клетках эндокринных желез, оказывая целенаправленное влияние на деятельность клеток других органов и тканей, тем самым, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов в организме. Иммуноглобулины, содержащиеся в плазме крови, обладают защитными свойствами и участвуют в создании иммунитета организма. Перечисленными примерами функции белков в организме не исчерпываются. Нуклеиновые кислоты хранят и передают генетическую информацию, в которой записана программа функционирования каждой клетки, они управляют процессом синтеза белков в клетке.

По своему строению молекулы живого вещества относятся к полимерам, они состоят из чередующихся групп атомов (мономеров), связанных между собой в длинные цепи. Мономеры являются, своего рода, строительными блоками этих молекул. К наиболее важным мономерам относятся: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из аминокислот образуются белки, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты, из сахаров — углеводы, из жирных кислот — липиды.

Молекула белка состоит из одной или нескольких цепочек аминокислот — полипетидных нитей. В состав одной нити типичною белка входят сотни аминокислот. Каждый белок отличается от другого набором аминокислот и порядком их расположения в полипептидной цепи. В природе существует множество аминокислот, но только 20 из них (не считая редких исключений) участвуют в построении белков для всех живых организмов на Земле. Обычно в каждой белковой молекуле имеются все 20 аминокислот. Почему природа использовала только 20 аминокислот из множества возможных, остается неизвестным (может быть, для того, чтобы не усложнять генетический код?). Но и этих двадцати различных «кирпичиков» достаточно, чтобы построить великое множество различных белков. Даже для сравнительно простых молекул, содержащих, скажем, 100 аминокислот, можно построить 20¹⁰⁰ различных вариантов, т. е. 20¹⁰⁰ различных белков! Это невообразимо большое число, намного превышающее полное число атомов в наблюдаемой области Вселенной. Фактически, природа не использует все эти возможности: земные организмы синтезируют не более 100 тыс. типов белковых молекул, но и эта величина характеризует чрезвычайное многообразие белковых соединений, входящих в состав живых организмов.

Свойства белков определяются не только их составом, но и строением, структурой белковых молекул. Полипептидпые нити в белковых молекулах свернуты в сложные трехмерные структуры (конформации), напоминающие спутанный клубок ниток. Специфические свойства белка зависят от характера этой трехмерной структуры. Если разрушить ее, оставив сами аминокислотные цепочки неповрежденными, белок перестает функционировать. Однако такой денатурированный белок обладает способностью при определенных условиях восстанавливать свою трехмерную структуру. При этом и функции его вновь восстанавливаются. Трехмерная конфигурация белковой молекулы определяется последовательностью аминокислот в полипептидной цепи. А эта последовательность кодируется соответствующим геном (см. ниже). Синтез белков в клетках осуществляется с помощью нуклеиновых кислот ДНК и РНК. Чтобы понять, как это происходить, рассмотрим строение их молекул.

Рис. 4.2.2. Схема строения молекулы ДНК