Концепции современного естествознания

Эта схема может показаться сложной, но согласитесь, что она очень остроумна. В действительности она еще сложнее, чем я вам рассказал; многие детали нам до сих пор неизвестны. Это и неудивительно, ведь вся эта область исследований очень молода, и даже сама информационная РНК была впервые обнаружена только в 1960 году. Я упомянул здесь еще лишь о двух усложнениях.

Прежде всего, структура самих рибосом далеко не проста. Они построены из двух субъединиц разного размера — одна побольше, другая поменьше. А почему это так, мы имеем пока самые смутные представления.

Далее было обнаружено, что рибосомы, активно участвующие в синтезе белка, всегда оказываются связанными в группы по пять-шесть штук, причем все они прикреплены к одной цепи информационной РНК. Эти комплексные структуры, названные полисомами, как раз и служат подлинными производителями белка. Можно отделить полисомы от свободных, не объединенных в группы рибосом, и тогда обнаруживается, что синтез белка идет именно в полисомах.

На электронной фотографии полисом явственно видно, как рибосомы связаны очень тонкой нитью. Причем есть все основания считать ее нитью информационной РНК. Здесь мы прямо на фотографии, так сказать во плоти, видим ту удивительную молекулу, существование которой первоначально было выведено всего лишь как неизбежное логическое следствие того факта, что синтезы белка и хромосом в клетке разобщены. Создается впечатление, что одна молекула информационной РНК участвует одновременно в синтезе нескольких молекул белка. Рибосома прикрепляется к информационной РНК с одного конца и «прокладывается» вдоль по цепи до другого конца. Достигнув дальнего конца, она соскальзывает с цепи, и в этот момент в раствор освобождается вновь синтезированная молекула белка.

Суть всей схемы заключается в том, что биологическая информация одномерна и может быть записана в виде линейной последовательности. Полипептидная цепь белка представляет собой линейную последовательность аминокислот. Информация записана в нуклеиновых кислотах — как в ДНК, так и в информационной РНК, подобно строке в книге. Однако, как мы помним, большинство белков являются трехмерными объектами, их полипептидные цепи свернуты очень сложным и специфическим образом.

Как же происходит свертывание цепи миоглобина? До сих пор в нашей схеме белку было предоставлено только одно измерение, мы рассматривали его лишь как последовательность аминокислот. Теперь надо решать, является ли свертывание цепи самопроизвольным процессом или клетка содержит информацию не только о последовательности аминокислот в полипептидной цепи, но также о способе ее свертывания по окончании синтеза. Можно было бы вообразить, что в клетке имеются какие-то специальные трехмерные матрицы — своего рода формы для изготовления трехмерных молекул белка. Но пока что в пользу их существования нет абсолютно никаких данных, хотя таких матриц в каждой клетке должно было бы быть столько же, сколько и белков, т. е. порядка нескольких тысяч. Да и в самом деле едва ли можно себе представить, как такая система могла бы работать. Посмотрите только на модель белка и вам станет ясно, какие сложнейшие проблемы здесь возникают. Взять хотя бы то, что такую модель просто-напросто нельзя было бы извлечь из формы.

Сейчас принято считать, хотя это и не доказано, что белки, синтезированные в виде линейной последовательности, свертываются сами. Иными словами, сложная пространственная конфигурация молекулы белка возникает самопроизвольно. Теперь эта простая гипотеза выглядит еще более правдоподобно, поскольку недавно было показано, что молекулы белка (фермента) с искусственно развернутыми цепями, даже в пробирке, где нет ни рибосом, ни нуклеиновых кислот (вообще никаких других компонентов живой клетки), могут снова свертываться нужным образом, так что уже через несколько минут активность фермента восстанавливается.

Тот факт, что полипептидные цепи свертываются самопроизвольно, придает изучению трехмерной структуры белков еще больший интерес, поскольку у нас, таким образом, появляется надежда выяснить правила свертывания цепей с известной последовательностью аминокислот. В дальнейшем, пользуясь этими правилами, мы смогли бы установить трехмерную структуру белка по его аминокислотной последовательности, минуя все тяготы, связанные с применением рентгеноструктурного анализа. Впрочем, я думаю, что пока нам до этого еще очень и очень далеко.