Клеймо создателя

Симметрии полипептидных цепочек заставляют присмотреться и к цепочкам нуклеиновых кислот (полинуклеотидным). Мы уже отмечали равенство масс комплементарных пар GC и АТ, которое – к тому же – выражается все той же информационной символикой (в четверичной системе счисления, основание которой соответствует четверке оснований). Однако, в этом случае «хребет» полинуклеотида всегда тяжелее, чем его вариабельные части. Тем не менее, носители генетической информации также демонстрируют молекулярные симметрии – хотя и несколько другого характера. Одни из них гармонизированы с упомянутым равновесием комплементарных пар и называются первым правилом Чаргаффа (число G двойной спирали ДНК равно числу С этой спирали, а число А – соответственно – числу Т): G=C, A=T. Первое правило естественно вытекает из структуры этой замечательной молекулы (в свое время оно – как раз напротив – послужило основой для понимания структуры ДНК). Два других правила Чаргаффа – второе и третье – описывают соотношения пуринов и пиримидинов в составе ДНК (A+G=C+T или R=Y, как мы обозначаем здесь пурины и пиримидины) и вытекающее из первых двух равенство числа оснований, содержащих аминогруппы в положении 4 пиримидинового ядра и в положении 6 – пуринового (С и А), числу оснований, содержащих оксо-группу в тех же положениях (G и T): С+А=G+T. Соотношение (G+C): (A+T) называют коэффициентом специфичности, и ДНК каждого вида имеет собственный коэффициент, который колеблется от 0.3 до 2.8. Не очень давно была обнаружена еще одна закономерность, касающаяся нуклеотидного содержания ДНК.

Именно эту закономерность называют сейчас вторым правилом Чаргаффа65, поскольку перечисленные выше правила взаимозависимы (то есть составляют как бы одно) и поскольку его начальная формулировка была абсолютно тождественна первому правилу (G=C, A=T). Но относилась она только к одной цепочке ДНК! «С какой стати?» – отозвался известный ученый, когда впервые услышал об этом. Второе правило до сих пор остается загадкой и известно гораздо меньше первого. Справедливости ради следует сказать, что это правило хорошо соблюдается для разделенных поли-ДНК-цепей длиной 70—100 тысяч оснований (девиация – сотые доли процента), хуже – для длин 1—10 тысяч и практически не соблюдается для длин менее 100 нуклеотидов. Именно поэтому многие специалисты объявили это правило статистическим и тривиальным. В своих весьма любопытных и отлично написанных текстах в ЖЖ (http://galicarnax.livejournal.com/), названных «Подумаешь, геном Ньютона!», замечательный, но (до поры) неизвестный Автору автор, скрывающийся под ником Galicarnax, очень внятно показывает, почему второе правило вовсе нетривиально. «Если сгенерировать длинную случайную последовательность из четырех оснований, – пишет он, – то в ней в силу статистики… количества всех четырех нуклеотидов будут примерно равны. Но в реальных геномах это не так. Там обычно либо А, либо В:

Геномы с почти равным распределением оснований – как в случайной последовательности – крайне редки». И при этом второе правило совершенно не связано с относительным размером кодирующей части генома, поскольку «соблюдается и для ДНК человека, в которой кодирующие последовательности составляют менее 2%, и для ДНК бактерий, в которой они составляют 80—95%. Так что с белками это правило никак не связано»… Зато само по себе это правило оказалось частным случаем более общего закона, который заключается в том, что «в одной цепочке [природной] ДНК содержится примерно равное количество комплементарных олигонуклеотидов».