Золото, пуля, спасительный яд

Перейдем теперь к самой молекуле ДНК[37], о которой, я не сомневаюсь, вы и так знаете почти все, так что мне остается лишь акцентировать ваше внимание на некоторых моментах, которые существенны для целей этой книги. Главное – это то, что молекула ДНК представляет собой классический образец нанообъекта . Ее толщина составляет 2,2–2,4 нм, а длина доходит до сантиметров. Каждая молекула ядерной ДНК состоит из сотен миллионов нуклеотидных пар, что в сотни раз больше числа звеньев во всех других известных нам природных соединениях или синтезированных учеными полимерах. Две полинуклеотидные нити, составляющие двойную спираль, абсолютно идентичны по своему составу и строению, но выполняют принципиально разные функции. Одна из них служит собственно хранилищем генетической информации, каждый ее нуклеотид – это одна буква в длинном тексте, составляющем сборник инструкций по росту и функционированию всего нашего организма. Вторая цепочка выполняет вспомогательную функцию. Она идеально геометрически соответствует кодирующей цепочке, подходя к ней как ключ к замку, за это ее называют комплементарной, от латинского complementum – дополнение. Больше всего молекула ДНК похожа на перекрученную застежку-молнию. Такое ее устройство понадобилось Природе для лучшей сохранности генетической информации – молекула ДНК обладает феноменальной химической стабильностью, в подходящих условиях она не разрушается и сотни тысяч, и миллионы лет, благодаря чему мы сейчас можем воссоздавать генетический “портрет” организмов, живших в те незапамятные времена.

Аналогия с застежкой-молнией вообще очень плодотворна. Застежку можно легко расстегнуть – вот и цепи молекулы ДНК расходятся, например, при нагревании. Но при охлаждении они вновь сходятся и скрепляются, восстанавливая прежнюю структуру, это принципиально отличает ДНК от белков, которые при нагревании необратимо денатурируют. Стоит одному зубчику в застежке погнуться или выпасть – и вот уже молния не застегивается. Точно так же и молекулы ДНК “чувствуют” замену даже одного нуклеотида в длинной цепи и “отказываются” скрепляться. Застежка-молния остается таковой независимо от длины, все описанные свойства ДНК также не зависят от ее длины. Если мы бросим в водный раствор две цепочки, состоящие, например, всего лишь из десяти нуклеотидов, удовлетворяющих требованию комплементарности, то они рано или поздно встретятся и прочно соединятся между собой в молекулу ДНК, пусть и маленькую, состоящую всего из десяти пар нуклеотидов . И пусть при этом вокруг плавают хоть миллион других похожих цепочек, если в последовательности соединения их нуклеотидов есть хоть одно отклонение от требований комплементарности, но наши цепочки не обращают на них никакого внимания, они ищут своего единственного, зеркального близнеца. Поразительная избирательность!

Вернемся ненадолго к кодирующей цепочке. Ее, как мы помним, можно уподобить некоему тексту, записанному “буквами” входящих в ее состав нуклеотидов. В этом тексте можно вычленить предложения – точное описание того или иного белка живого организма. Последовательность из трех определенных нуклеотидов образует “слово”, обозначающее конкретную аминокислоту. В этом суть генетического кода. Часть молекулы ДНК, на которой записана инструкция по синтезу одного белка, называется ге́ном . Еще раз подчеркну, что часть молекулы ДНК сама по себе также является молекулой ДНК, это подобие части целому – один из основополагающих принципов организации как живой, так и неживой материи.

Сейчас нам легко говорить об этом, но в 50-х годах прошлого века, когда Уотсон и Крик впервые явили ученым и миру свою модель ДНК, ничего этого не было известно даже на уровне предположений. Ученые вообще впервые столкнулись с таким нанообъектом . Как к нему подступиться? Как его изучать? Как определить строение хотя бы одной молекулы ДНК, то есть выяснить в ней точную последовательность нуклеотидов, если число возможных комбинаций при длине молекулы в сотни миллионов пар превосходит число атомов во Вселенной?

Что делают ученые, попав в такую пиковую ситуацию? В первую очередь они начинают думать, даже, вернее, фантазировать, потому что в их распоряжении есть один-единственный факт, да и тот гипотетический, – модель молекулы ДНК. Давайте немного поиграем в ученых.