Феликс Филатов - Клеймо создателя

«Избыток» составляет 44 кодируемых продукта. Многие исследователи утверждают, что эволюция генетического кода шла в направлении от синглетного к триплетному. При этом они не понимают, что смена размера кодирующей единицы потребовала бы принципиального изменения всей машины кодирования (то есть всего набора ферментов, обслуживающих этот процесс) – вещь невозможная! Поэтому синглетный этап триплетного кодирования (если он был) мог означать, что в составе триплета значащей единицей могла быть только одна (например, первая или любая), а в составе дублета – две. Тогда и непрерывность кодированной записи могла быть только физической. Функционально значащие основания разделялись остальными основаниями триплета, а эволюция продолжала совершенствовать структуру молекул-участников кодирования. Произвольные (из четырех) третьи основания современных кодонов для восьми (из двадцати) аминокислот могут быть реликтами до-триплетных кодов. Выбор же тройки азотистых оснований в качестве дискретной единицы генетического кода мог быть обусловлен также термодинамикой взаимодействия пар оснований, при котором матричное копирование инициируется их триплетом (мы говорили об этом выше, ссылаясь на Зенгера).

Неперекрываемость – один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов; не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки.

Поскольку никакого избытка в крайне экономной природе не бывает, он и здесь компенсируется еще одним свойством, парадоксально именуемым вырожденностью( избыточностью), которая означает, что каждую аминокислоту (два исключения – метионин и триптофан) кодирует более, чем один триплет. Синим выделены клетки таблицы, содержащие аминокислоту, кодируемую четырьмя триплетами, серым – тремя, светло-серым – двумя, самым светлым – две аминокислоты, кодируемые только одним триплетом.

Однозначностькода означает, что каждый триплет фрагмента полинуклеотида, именуемого г е ном, кодирует только одну аминокислоту. Продуктами кодирования являются не только аминокислоты, но и знаки пунктуации – знак начала кодирующей цепочки (гена), ATG , или AUG , называемые стартовыми кодонами, и знаки ее окончания – TAA ( UAA ), TAG ( UAG ) и TGA ( UGA ) или терминирующие (trm) стоп-кодоны (в таблице – буквы синего цвета в бесцветных ячейках). Начало генного продукта – это всегда аминокислота (метионин в данном случае), конец его – аминокислота, предшествующая стоп-кодону.

Еще одно свойство генетического кода – универсальность, означает, что все живущие на Земле существа – будь то РНК– или ДНК-вирус, слон, морковка, червь или человек – пользуются одним и тем же генетическим кодом. Немногочисленные отклонения от этого правила касаются лишь отдельных аминокислот и являются, скорее всего, именно отклонениями, результатом весьма длительной эволюции в специфических условиях.

Небольшое число таких отклонений лишь подчеркивают седьмое из перечисляемых свойств кода – необычайная стабильность.

За этим свойством неизбежно должно стоять – и стоит – еще одно – столь же необычайная помехоустойчивость. Помехоустойчивость относится к двум наиболее важным свойствам кодируемых аминокислот – их размеру, который характеризуется объемом или массой молекулы, и их гидрофильности (и гидрофобности), которые определяют вторичную структуру полипептида. Замена третьего основания триплета, как правило, не влияет на эти свойства, замена второго более существенна и относится, по преимуществу, к гидрофильности аминокислоты или к ее гидрофобности, замена первого может оказаться роковой; она меняет размер кодируемой молекулы. Если подсчитать, сколько замен одного нуклеотида не меняет тип аминокислоты в соответствии с ее химическими свойствами (а такие замены аминокислот слабо сказываются на структуре и функциях белка) и сколько меняет, то отношение первых ко вторым будет близко к 2,25. Расчеты показывают, что существующий генетический код не является самым оптимальным вариантом кода по признаку помехоустойчивости, и специальными программами удается сгенерировать более устойчивые в этом отношении коды. Тем не менее, компьютерное моделирование демонстрирует вполне впечатляющую частоту кодов со сходной с существующим помехоустойчивостью – один на миллион. Даже при такой частоте число помехоустойчивых кодов еще достаточно велико, чтобы вызывать впечатление случайности выбора той версии, которая используется на Земле. А так и не достигнутый за миллиарды лет максимум помехоустойчивости генетического кода на нашей планете наводит на мысль о том, что его, скорее всего, определило некое единичное событие, после которого опять-таки некое ограничение фиксировало девятое свойство кода, отмеченное еще Френсисом Криком. Поскольку ни изощренные и длительные эксперименты, ни теория – во времена Крика – не показывали абсолютно никакого физико-химического соответствия между нуклеотидными триплетами и аминокислотами, он назвал не поддающийся изменениям в течение миллиардов лет генетический код замороженной случайностью. Замороженной – в том смысле, что сформировавшись, он уже не менялся. Случайностью – в том смысле, что он мог сформироваться каким угодно. А вот то, что он сформировался именно таким, каким мы его видим, и настолько удачно, что в дальнейшем мог уже и не меняться, придает ему, на первый взгляд, свойство чуда. На сегодняшний день оценка Крика – едва ли не самая убедительная гипотеза происхождения генетического кода. И все-таки, когда мы говорим « случайность », рассматривая формальные свойства кода (мы сделаем это позднее), не только физика и химия приходят нам в голову. Но и они (физика и химия) предлагают сегодня альтернативную замороженной случайности гипотезу, гипотезу « ключ-замок», основанную на экспериментальных данных, которые все же показывают определенное сродство отдельных аминокислот с отдельными РНК-последовательностями. Об этом – в конце книги.