Секреты наследственности человека

На последнем примере можно наглядно проиллюстрировать укрупнение подверженных комбинированию блоков при переходе с одного уровня сложности на другой, более высокий. Буквы слагаются в слоги, слоги — в слова. Из слов составляются фразы. Количество букв в алфавите любой страны совсем невелико, все значимые слова можно поместить в словарь, количество же фраз, которые из этих слов можно составить, явно не поддается никакому учету. Рассказы, повести и романы, составленные из отдельных предложений, где и как проявляется способность к комбинированию в биологии?

Практически безграничное множество органических молекул определяется способностью атома углерода и немногих, чрезвычайно распространенных в клетках элементов — водорода, азота, кислорода, серы и фосфора — соединяться в различных комбинациях. Некоторые из таких комбинаций играют ключевую роль «строительных кирпичиков» в клетках. Всего лишь двадцать аминокислот из полутора сотен известных образуют бесчисленное множество белков. Различные моносахара — глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза — соединяясь вместе, образуют самые разнообразные полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлозу, хитин, пектин и множество им подобных органических молекул. Всего четырех нуклеотидов («букв») оказывается достаточно, чтобы с помощью их сочетаний зашифровать в ДНК всю информацию об устройстве и функционировании любого организма.

Если уподобить аминокислоты буквам алфавита, белки будут похожи на очень длинные слова. Так же, как и в словах, в белках удается обнаружить различные части. Нечто вроде приставок, корней и суффиксов. Биологи называют такие части белков доменами. Обычно они выполняют разные функции. Одни «заякоривают» белки в мембранах, другие домены реагируют с веществами-субстратами, третьи могут присоединяться к ДНК. Комбинируя различные домены, можно получать белки с разными свойствами. Рассматривая пространственную организацию белков, специалисты выделяют в них отдельные, похожие по укладке первичной аминокислотной последовательности части — так называемые альфа-спирали и бета-тяжи. В середине семидесятых годов XX века была высказана гипотеза, что эти части могут быть ориентированы различным образом и по-разному соединены друг с другом. Таким образом, и тут мы сталкиваемся со случаем, когда из небольшого числа структурных элементов получается большое количество способов их соединения и взаимного расположения.

Разумеется, клетка не в состоянии тасован, любые части белков по своему усмотрению — ведь их структура записана в генах, однако некое мозаичное строение многих белков явно проглядывает в их структуре. Поэтому не правы те критики теории эволюции, которые говорят, что создание сложного работающего белка методом случайного подбора аминокислот практически невозможно. Это, дескать, все равно, что вслепую давя на клавиатуру пишущей машинки или компьютера, получить кусок значимого текста. Природа действует иначе. Она комбинирует уже созданные ранее заготовки, блоки. Заметьте — случайно составляя слоги, уже можно получим, довольно много осмысленных слов вроде «живо», «наше», «шило». Из них уже совсем немудрено составить фразу, которая будет, иметь какой-то смысл. Например: «Наше шило живо». Отдает букварем с его Машей и рамой, но это уже фраза! Так же и с белками.

Поднимемся теперь на чуть более высокий уровень, на котором сами белковые цепи представляют собой отдельные строительные блоки. Многие ферменты состоят из нескольких таких цепей; они могут быть одинаковыми, разными, и даже выполнять разные функции. Не правда ли, и здесь чувствуется простор для комбинирования? Пример для иллюстрации — фермент лактатдегидрогеназа (он отщепляет водород), представляющий собой тетрамер. Каждая из четырех цепей может быть представлена двумя формами — А или В. В клетках встречаются все пять возможных форм: 4А, 3А1В, 2А2В, 1А3В и 4В. Другой пример — гемоглобин, также являющийся тетрамером и состоящий из двух цепей — альфа и бега. К тому же, в человеческом организме может синтезироваться сразу несколько форм каждой такой цепи. Соответственно, существуют, по меньшей мере, пять различных гемоглобинов, хотя теоретически их должно быть гораздо больше. Случаев подобного рода нетрудно набрать из любого учебника биохимии и молекулярной биологии.

Блочному строению белков соответствует мозаичное строение генов. Четверть века тому назад подобную мысль посчитали бы крамольной или безумной. Теперь же представление о прерывистом устройстве генов кажется не только привычным, но и проникающим уже порой на страницы современных школьных учебников.