Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

Итак, мы ознакомились с тем, как гормоны влияют на функционирование клеток-мишеней; временной масштаб их влияния – это часы и дни. Особенно сильно влияние гормонов сказывается в периоды внутриутробного развития и раннего детства, что мы предметно обсуждали в главе 7. Гормоны, в частности, играют «организующую» роль при формировании мозга, т. е. определяют, как мозг «собран». А в роли «активаторов» их влияние длится не столь долго – от нескольких часов до нескольких дней. Две эти роли взаимосвязаны: результаты действия гормонов-организаторов на эмбриональный мозг создают базу для последующей работы гормонов-активаторов уже во взрослом возрасте.

Вот теперь можно вернуться обратно к основному тексту, где разобрано действие конкретных гормонов.

Приложение 3 Основные сведения о белках

Белки – это самый многочисленный класс органических молекул живых организмов. Белки исключительно важны, потому что из них построено великое множество гормонов, нейромедиаторов, молекул-посредников иммунной системы. Из белков состоят и рецепторы, отвечающие на все эти сигналы, и ферменты, необходимые для их же синтеза и разложения[549], и специальные каркасы, служащие для придания клетке определенной формы, и т. д.

Главное свойство белка – это форма, потому что именно она предопределяет его функцию. Белки, которые строят клеточный каркас, имеют вид перекрещивающихся балок и расположены в точках клеточной сборки (ну, примерно так). Если два белковых гормона выполняют разные функции, то они должны различаться по форме. А белковый рецептор в свою очередь должен иметь вид, комплементарный молекулам своего гормона или нейромедиатора (вспомним введенную в приложении 1 знаменитую формулу «ключ к замку», т. е. посредник, например гормон, должен подходить к рецептору именно таким образом).

Некоторые белки меняют свою форму, обычно переключаясь с одной конформации на другую и обратно. Предположим, есть фермент (опять же белок), который синтезирует молекулу сахарозы, связывая вместе молекулы глюкозы и фруктозы. У этого фермента должна быть конформация, напоминающая букву V; один ее конец связывается с глюкозой под определенным углом, а другой – с фруктозой. Когда обе молекулы оказываются в «двух руках» фермента, то он переходит в другую конформацию, в которой обе руки V сдвигаются; и тогда молекулы глюкозы и фруктозы связываются вместе. Получившаяся сахароза открепляется от фермента, и он возвращается к исходной конформации.

Что определяет форму и функции белка? Каждый белок состоит из цепочки аминокислот. В построении белков участвуют около 20 различных аминокислот, сюда входят и некоторые уже известные нам, например триптофан и глутамат. Каждая цепочка аминокислот одного белка отличается от аминокислотной последовательности любого другого белка, примерно как слова различаются последовательностями букв. В типичном белке таких аминокислотных «букв» около 300, и если учесть, что «алфавит» составлен 20 аминокислотами, то получится число возможных белков порядка 10400 (т. е. число с 400 нулями), это больше, чем атомов во Вселенной[550]. От того, какова последовательность аминокислот, зависит, в какую форму/формы свернется белок. Принято считать, что эта последовательность определяет специфическую форму/формы белка. Однако выясняется, что на форму влияют и такие факторы, как температура и кислотность, иначе говоря, различные факторы среды.

А чем определяется последовательность аминокислот? Генами.

Днк – инструкция по сборке белков

ДНК представляет собой еще один класс органических веществ, но если аминокислот в белках 20, то для построения ДНК предусмотрены лишь четыре «буквы» (они называются нуклеотидами). Последовательность из трех нуклеотидов (это т. н. кодон) кодирует одну аминокислоту. И если есть 4 типа нуклеотидов, то из них можно составить 64 кодона (4 нуклеотида на первой позиции × 4 на второй позиции × 4 на третьей = 64). Некоторые из этих 64 зарезервированы для обозначения конца гена; за вычетом этих «стоп-кодонов» для 20 аминокислот остается 61 кодон. Поэтому кодирование аминокислот характеризуется избыточностью нуклеотидного кода – на каждую аминокислоту приходится более одного кодона (в среднем 3, т. е. 61/20). Как правило, различные кодоны для конкретной аминокислоты различаются одним нуклеотидом. Например, для аминокислоты аланина отведены кодоны ГЦА, ГЦЦ, ГЦГ и ГЦТ[551],[552]. Избыточность кода важна для понимания эволюции на уровне генов.

Полная последовательность нуклеотидов, кодирующая определенный белок, называется «ген». Совокупная ДНК организма называется «геном», в геноме содержатся десятки тысяч генов организма. Секвенировать геном означает определить уникальную последовательность миллиардов нуклеотидов, слагающих геном организма. И эта цепочка нуклеотидов настолько гигантская (у человека около 20 000 генов), что ее приходится разбивать на несколько томов, называемых хромосомами.