Закономерные чудеса

Одним из лучших доказательств любой биохимической гипотезы является возможность провести процесс, характерный для живой клетки, в пробирке, на лабораторном столе. Сегодня удается воспроизвести биосинтез белка в бесклеточных системах. Однако если для этих целей взять аминокислоты, рибосомы, транспортную РНК, информационную РНК, некоторые активирующие ферменты и кое-какие добавки, то биосинтез будет идти в значительно меньших количествах и с меньшей скоростью, чем в живой клетке. А это свидетельствует, что наша схема биосинтеза белка, по-видимому, не является универсальной.

Всем известно, что такое код, в самом обычном значении этого слова. Когда мы говорим о "генетическом коде" ДНК, то подразумеваем последовательность нуклеотидов в ее молекуле. В конце концов, именно это определяет, почему из оплодотворенной женской яйцеклетки формируется человеческий зародыш, из яйца курицы вылупляется цыпленок, а из макового зернышка вырастает мак.

И вот что важно помнить: последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в любой молекуле белка. Сначала нуклеотидный код ДНК (или, иными словами, генетический код) передается на информационную РНК. По предложению Ф. Жакоба и Ж. Моно этот процесс называют транскрипцией.

Затем нуклеотидный код информационной РНК воплощается в определенной последовательности аминокислот при синтезе белка. Этот процесс специалисты по молекулярной биологии называют трансляцией. С помощью остроумных и тщательно выполненных исследований было показано, что включение молекулы аминокислоты в молекулу белка кодируется определенной комбинацией трех нуклеотидов. Нередко разные комбинации нуклеотидов кодируют включение в молекулу белка одной и той же аминокислоты.

Считают, что в каждую секунду к растущей белковой цепи присоединяются две аминокислоты. Для синтеза молекулы белка требуются минуты. А для построения гигантской молекулы ДНК необходимо несколько часов.

Возникает вопрос: а является ли схема белкового синтеза настолько универсальной, чтобы объяснить все стороны синтеза белка в организме млекопитающих и растений? Конечно, нет. Схема синтеза белка, о которой говорилось выше, получила широкое распространение. Но в то же время исследователи помнят, что она была разработана на основании экспериментов с бесклеточными, изолированными системами, полученными из микроорганизмов.

В лаборатории известного советского ученого-биохимика, вице-президента Академии наук СССР Ю. Овчинникова висит забавный, но полный глубокого смысла плакат, талантливо нарисованный кем-то из младших научных сотрудников. Первобытный человек, одетый в косматые звериные шкуры, палицей замахнулся на маленькую, хрупкую и беззащитную молекулу. Несмотря на выдающиеся успехи молекулярной биологии, исследователи считают, что работы по изучению белковой молекулы достигли в своем развитии примерно уровня охоты людей каменного века на мамонта. Так что эпоха "великих географических открытий" в молекулярной биологии только начинается.

Клеверный лист, разрезаншй слон и хирургия молекул

Если было трудно ответить на вопрос, как построены молекулы нуклеиновых кислот, то не менее сложным оказалось выяснить, какие функции они выполняют. И вот тут снова целесообразно вспомнить о валиновой РНК, о титанической работе академика А. Баева и его сотрудников, изучавших функции этой нуклеиновой кислоты.

Она обладала рядом общих для транспортных РНК свойств. Сродством к определенной аминокислоте — валину, который используется при строительстве молекулы белка. Сродством к информационной РНК, которая содержит программу синтеза нового белка. Наконец, валиновая РНК находилась в самых близких отношениях с ферментом, который обеспечивает присоединение к ней нужной аминокислоты.

Но у валиновой РНК были и свои характерные особенности. Она, как приличествует любой солидной биологической макромолекуле, существовала не в виде одномерной нити, а обладала хитроумной пространственной структурой. Двумерная ее модель имела форму хорошо известного многим листика клевера.

Дальнейшие исследования показали, что этот "клеверный лист" устроен еще сложнее. Некоторые части нити валиновой РНК образуют петли, другие закручены в спираль. И только участок, к которому прикрепляется транспортируемая аминокислота валин, свободен.

Группа ученых во главе с академиком А. Баевым решила исследовать сначала только одну из функций этой нуклеиновой кислоты — ее взаимодействие с ферментом, ответственным за присоединение валина. Разработали метод "разрезанных молекул". Но чтобы резать молекулу, нужен инструмент. Таким ножом оказался фермент гуаниловая рибонуклеаза. Он расщеплял целую молекулу на половинки, четверти и еще более мелкие кусочки.