Течению наперекор

Отсюда первое предположение моей гипотезы состояло в том, что в нормальных условиях существования клеток высшего организма, в длительном покое, все могущие потребоваться информационные РНК уже находятся в цитоплазме. Они синтезируются и выходят в нее из ядра во время деления клетки, когда структура ДНК расслаблена. В цитоплазме эти информационные РНК хранятся до момента их использования защищенные специальными белками от ферментов-разрушителей («чистильщиков»). Подобные структуры, названные «информосомами», были обнаружены в начале 70-х годов. Для решения задачи временной наработки большого количества какой-то одной из информационных РНК я вынужден был предположить возможность копирования информационных РНК, то есть синтеза РНК по матрице РНК. (Такой вид матричного синтеза обнаружен совсем недавно.)

Что касается второго вопроса — возможности использования избыточности генетического кода, то она может послужить клетке высшего организма для регулирования относительной скорости синтеза различных белков. На уровне «прочтения» в рибосоме последовательности нуклеотидов, доставленной информационной РНК.

Дело в том, что избыточность генетического кода оказалась далеко не равномерной. Когда я писал ранее, что для кодирования 20 аминокислот остается 61 кодон, можно было предположить, что, как правило, каждой аминокислоте соответствуют три кодона. Но это не так. Три аминокислоты «имеют» по 6 кодонов каждая. Пяти другим аминокислотам соответствует по 4 кодона. На долю остальных 12 аминокислот остается 23 кодона. И все они «разобраны», то есть кодируют аминокислоты — в большинстве случаев по два кодона на каждую.

Кстати, это обозначает и избыточность числа различных тРНК. Их должно быть как минимум столько же, сколько «активных» кодонов, то есть 61. Транспортные РНК, приносящие одну и ту же аминокислоту к разным кодонам называют «изоакцепторными тРНК» для этой аминокислоты. (Они все присоединяют к своему концу — «акцептируют» одну и ту же аминокислоту.) Прошу читателя запомнить смысл этого названия изоакцепторные тРНК. В дальнейшем мы часто будем иметь с ними дело.

Теперь к существу гипотезы. Предположим, к примеру, что аминокислота «серин», у которой 6 различных кодонов, в информационной РНК, предназначенной для синтеза некоего белка А, закодирована одним из этих шести кодонов (присвоим ему № 1). Если в цитоплазме клетки отсутствует «зрелая» изоакцепторная тРНК серина, способная «узнать» этот кодон (или ее очень мало), то синтез белка А окажется невозможен (или чрезвычайно замедлится). Наш «злополучный» кодон № 1 будет играть роль «модуляторного кодона», постулированного Эймсом и Хартманом. Во всех прочих белках серин может быть закодирован любым из остальных пяти его кодонов. И если для них имеются в достаточном количестве зрелые изоакценпторные тРНК, то все эти белки будут синтезироваться с нормальной скоростью. Впрочем, поскольку у серина целых 6 кодонов, замедление может в разной степени коснуться нескольких белков — получается целая гамма скоростей синтеза серин-содержащих белков, управляемая пропорцией наличествующих в клетке дееспособных («зрелых») изоакцепторных тРНК серина.

Те же «игры» могут разыгрываться для белков, использующих другие избыточные кодоны, для других аминокислот.

Для завершения рабочей гипотезы (и ответа на 3-й вопрос) остается предположить, что «зрелость», дееспособность любой тРНК определяется полнотой ее «миноризации», полнотой набора «положенных ей» миноров. Мы знаем, что первоначально тРНК синтезируется как цепочка нормальных нуклеотидов. Миноризация происходит потом, в цитоплазме, благодаря активности метилаз и других модифицирующих ферментов. Это означает, что управление скоростями биосинтеза ферментов и прочих белков переносится на уровень соотношения активностей различных метилаз и других модификаторов. (Число их должно отвечать числу разных тРНК и необходимому количеству модификаций в каждой из них.) Но активизация или угнетение активности различных ферментов может зависеть от веществ, поступающих в клетку извне, из крови. Например, необходимых низкомолекулярных «помощников» ферментов. Иногда эту роль играют ионы определенных металлов или простые молекулы некоторых витаминов.

Подтверждение этой гипотезы открыло бы колоссальные новые перспективы для медицины, поскольку многие заболевания связаны с нарушениями пропорций биосинтеза белков в клетках, определяющих функционирование важных для жизнеспособности органов. А иногда причиной болезни может служить отсутствие синтеза некоего белка или наоборот — синтез белка вредного. Гипотеза дает надежду на возможность управления всеми этими отклонениями от нормы извне, через кровь или лимфу. Притом не чисто эмпирически, а сознательно: воздействуя на активность модифицирующих тРНК ферментов. (Разумеется, для этого они должны быть выделены и изучены.)