Концепции современного естествознания

Если то же произойдет с ДНК, то в белке появятся только две или три неправильные аминокислоты — во всяком случае, немного (если, конечно, делеция произойдет недалеко от вставки). Затем в последовательности аминокислоты снова встанут на свои места. Хотя такой белок будет работать хуже обычного, но, по крайней мере, можно надеяться, что совсем из игры он не выйдет. И снова предсказания подтверждаются на практике. Однократная делеция или вставка летальна, но две близко отстоящие мутации, из которых одна — вставка, а другая — делеция, хотя и ухудшают жизнеспособность организма, но в ряде случаев не летальны.

По-настоящему решающий эксперимент был выполнен, когда удалось в один участок ДНК ввести сразу три близко расположенные вставки. Как мы видели, одна вставка приводит к появлению бессмыслицы сразу с того места, где она произошла. Можно показать, что и вторая вставка, близкая к первой, даст тот же результат. Иными словами, сообщение становится бессмысленным после первой вставки, но вторая вставка (в отличие от делеции) текста сообщения не восстанавливает:

Если же ввести три вставки, то после третьей вставки смысл текста восстанавливается:

Подобные ситуации были обнаружены при изучении живых организмов. Оказалось, что одна вставка летальна, две — тоже летальны, а три — не летальны, хотя и оказывают вредный эффект, поскольку короткий участок молекулы белка оказывается измененным.

Как легко убедиться, отсюда с очевидностью следует, что кодовое число должно равняться трем: каждая аминокислота кодируется тремя символами. При кодовом числе, равном четырем, для восстановления смысла текста требовались бы четыре вставки. Итак, результаты проведенных экспериментов почти не оставляли сомнений в том, что код должен быть триплетным, неперекрывающимся и должен считываться по три, начиная с некоторой точки, которую можно было бы рассматривать как начало «предложения».

Обратимся теперь ко второй серии экспериментов, имевших целью выяснение действительных кодовых комбинаций. В этих экспериментах использовалась уже упоминавшаяся бесклеточная система. Итак, все компоненты, необходимые для синтеза белка, собраны вместе, в одной пробирке. Сюда входят рибосомы, источник энергии, запас аминокислот, некоторые из транспортных РНК и полный набор необходимых ферментов. Если теперь в пробирку добавить информационную РНК, то начнется синтез белка. Например, можно ввести туда РНК, кодирующую гемоглобин, и в системе начнут в заметном количестве синтезироваться молекулы гемоглобина.

Бесклеточная система, оказавшаяся необычайно полезной при изучении синтеза белка, с неменьшим успехом использовалась и для изучения кода. Было обнаружено, что такая система работает и тогда, когда в нее добавляется искусственный посредник — синтетическая РНК с известной последовательностью оснований. В первом из таких экспериментов в качестве посредника была добавлена синтетическая РНК, состоящая целиком из урацила, и «сообщение» читалось так: УУУУ… Оказалось, что в присутствии такой РНК в системе начинается синтез полипептида, состоящего из единственной аминокислоты — фенилаланина; этот полипептид называют полифенилаланином. Поскольку мы уже знаем, что код триплетный, мы можем сделать вывод, что символ УУУ соответствует именно фенилаланину:

УУУУУУ… → Фен Фен.

Триплет УУУ был первым расшифрованным символом генетического кода. Этот первый успех побудил исследователей к постановке огромного числа подобных же экспериментов с добавлением в систему других синтетических РНК и анализом полученных полипептидов.

Работа была нелегкой отчасти в связи с тем, что бесклеточная система сама по себе очень сложна и никто как следует не знает, как она работает (иногда она вообще отказывается работать). Кроме того, получать синтетические РНК с нужной последовательностью оснований технически довольно сложно. Хотя это чисто химическая проблема, с ее решением тоже приходится довольно туго. Но вопреки всем этим трудностям удалось выяснить смысл почти всех 64 триплетных комбинаций для перевода кода оснований на язык аминокислот.

Кодовые символы, установленные в опытах с бесклеточной системой и искусственными РНК, могут быть выверены совершенно независимым способом. Чтобы пояснить, какие здесь возможны тексты, обратимся снова к аномальным гемоглобинам, в частности к гемоглобину серповидных клеток. Известно, что в этом гемоглобине один остаток глутаминовой кислоты замещен валином. Далее известно, что совсем другое заболевание крови, распространенное в Западной Африке, связано с замещением в гемоглобине той же самой глутаминовой кислоты на лизин. Наиболее вероятно, что каждое из этих замещений обусловлено мутацией, затрагивающей одно основание хромосомной ДНК. Если это в самом деле так и если наш словарь кодовых слов правилен, то можно с его помощью объяснить превращения: