Концепции современного естествознания

Рис. XV. Перекрывающийся триплетный генетический код, предложенный Г.А. Гамовым.

Как видно из рисунка, каждое основание служит частью сразу трех триплетов, кодирующих три соседние аминокислоты. Однако легко показать, что предложенная схема не может быть правильной. Если вы чуть внимательнее рассмотрите этот код, то увидите, что он налагает на возможные последовательности аминокислот ряд ограничений. Если этот код верен, то некоторые сочетания аминокислот не должны встречаться ни в одном белке. Однако было показано, что никаких подобных ограничений в действительности не существует. Кроме того, в таком случае точковая мутация, которая состоит в замене одного основания, должна была бы приводить к изменению сразу трех стоящих рядом аминокислот, во всяком случае, не менее чем трех. Но мы уже знаем, что это не так: достаточно напомнить аномальные гемоглобины, в которых изменена только одна аминокислота. Да и вообще аномалии в белках почти всегда сводятся к однократным изменениям последовательности. Следовательно, код Гамова не может служить правильным решением.

Первая аминокислота кодируется первым, вторым и третьим основаниями; вторая аминокислота — вторым и четверым и т. д. Согласной этой схеме возможно 20 независимых комбинаций, соответствующих 20 аминокислотам. Изменение одного основания, например основания Г (выделено жирным шрифтом), приведет к изменению сразу трех последовательно расположенных аминокислот (в нашем примере второй, третьей и четвертой). Код такого типа накладывает ограничения на возможные последовательности аминокислот. Например, за аминокислотой, кодируемой триплетом АТТ, может следовать только та аминокислота, которой соответствует кодовый символ, начинающийся с ТТ. Неперекрывающиеся коды не связаны с подобными ограничениями[242].

Был предложен еще ряд кодов. Но лишь совсем недавно были получены экспериментальные данные, позволяющие судить не только о природе кода, но и о том, какие конкретно комбинации оснований кодируют каждую аминокислоту. Я намерен описать два типа экспериментов: один дает сведения относительно общего характера кода, а другой устанавливает реальные символы и их значение.

Эксперименты, связанные с выяснением природы кода, будет легче понять, если я заранее скажу правильный ответ. Код состоит из неперекрывающихся триплетов оснований и читается с определенного места в одном направлении. Например, последовательность АГЦТТЦЦГТ… следует читать: АГЦ ТТЦ ЦГТ… и так до конца гена. Каждый триплет соответствует одной определенной аминокислоте (серину, фенилаланину, аргинину.). Этот результат был получен при изучении мутантных микроорганизмов, возникающих под действием акридина. Как вы помните, обработка акридиновыми красителями приводит либо к появлению в последовательности дополнительного основания (вставка), либо к пропуску основания (делеция); от случая к случаю происходит то вставка, то делеция.

Особенно просто прояснить этот эксперимент, обратившись к аналогии с азбукой Морзе. Пусть сообщение начинается со слова:

(Чтобы сделать аналогию с кодом ДНК возможно ближе, я специально составил слово из букв, для которых требуются три символа, и выбросил пропуски между буквами.)

Теперь предположим, что где-то в середине случайно произошла вставка, например на седьмом месте появилась лишняя точка. Составляя снова символы в группы по три, прочтем текст:

Как видите, сразу после вставки символы стали читаться неправильно, и все слово превратилось в бессмысленное сочетание букв. Легко сообразить, что и следующие слова постигнет та же участь, и так до конца сообщения. Если, наоборот, в том же месте произойдет делеция, то мы снова прочтем бессмыслицу. Точно так же и в ДНК однократная вставка или делеция делает генетическое сообщение бессмысленным: в синтезируемой последовательности аминокислот с определенного места пойдет брак. Можно заранее предсказать, что белок, синтезируемый под контролем ДНК, которая была обработана таким способом, утратит свою функцию. Если же без этого белка организм не может существовать, то он погибнет — мутация будет летальной. На практике так и случается: однократные вставки и делеции летальны.

А теперь представим себе, что где-то произошла сначала вставка, а потом, чуть позднее, делеция. Как и прежде, сразу после вставки сообщение превратится в бессмыслицу, но после делеции правильное считывание восстановится и снова пойдет осмысленный текст: