Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Теперь мы должны ответить на самый важный вопрос: как аминокислоты соединяются в белки? В этом этапе сосредоточены все секреты жизни бактерии, ибо, как мы уже видели, именно различные типы белков выполняют все важнейшие процессы в химической жизни клеток. Где же в клетке спрятан генеральный план построения каждого из многих тысяч белков, план, определяющий порядок чередования аминокислот вдоль ряда? Напомним, что каждый белок — это цепь примерно из 1000 аминокислот (иногда их больше, иногда меньше) и если мы приписываем каждой аминокислоте одну букву алфавита, то ряд аминокислот будет отвечать ряду из 1000 букв, занимающему около полустраницы нашей книги. Для того чтобы задать порядок аминокислот в 5000 белках потребуется несколько тысяч таких страниц. Где же находится эта информация в клетке? Надо только вспомнить, что макромолекулы нуклеиновых кислот несут в себе возможность передать содержание многих тысяч страниц книги. Такую информацию нам может дать порядок расположения четырех типов пар нуклеотидов вдоль витков спирали. Существует достаточно возможностей расположения ступеней в нуклеиновой кислоте длиной в несколько сантиметров для задания всех 5000 белков, входящих в состав бактерии.

Здесь сам собой возникает большой вопрос: каким же образом порядок нуклеотидов в нуклеиновой кислоте задает порядок аминокислот в белках? Как информация, заключенная в ступенях спирали, передается вновь образующимся белкам? Как может клетка «читать» эту книгу, насчитывающую много тысяч страниц, и следовать ее указаниям в процессах роста и деления?

Об этом немногое пока известно. Мы знаем только, что такая передача информации происходит. Очень упрощенно мы можем изобразить воспроизведение белков следующим образом. Определенная группа ступенек спиральной лестницы притягивает один сорт аминокислот, следующая группа — другой сорт и так далее [52]. Ступеньки расположены так, что аминокислоты сами выстраиваются в том порядке, в котором, как предполагается, они должны находиться в белке. Белки образуются вдоль лестницы нуклеиновых кислот, которая достаточно длинна, чтобы на ней поместились все 5000 белков, необходимых бактерии. Это описание воспроизведения белков чрезвычайно упрощено. Мы знаем, что истинные процессы гораздо сложнее и что большинство их деталей еще неизвестно. Тем не менее нарисованная нами картина поможет читателю уяснить сущность того, что, по нашему мнению, является основными процессами в бактериальной клетке [53].

Подведем некоторые итоги. Клетка состоит из многих типов белков. Наиболее простые белки образуют оболочку и структурный остов клетки. Другие белки сжигают сахар и способствуют образованию несущих энергию молекул АТФ; наиболее сложные белки производят аминокислоты из веществ питательной среды. Клетка содержит также несколько крупных молекул нуклеиновых кислот, которые способны соединять аминокислоты в правильном порядке, что обеспечивает образование новых белков всех сортов, требуемых в процессе роста.

Когда клетка достигает определенных размеров, какие-то еще плохо известные факторы вызывают перегруппировку белков, и клетка делится на две одинаковые клетки меньших размеров. На этой стадии необходимо удвоить важные во всех отношениях нуклеиновые кислоты, так как все клетки нуждаются в определенном их наборе для дальнейшего роста. Удвоение такой длинной и строго упорядоченной молекулы — процесс нелегкий. Мы еще точно не знаем, как он происходит в природе, но можем представить себе возможный путь его осуществления. Вот простой механизм удвоения винтовой лестницы, воспроизводящей длинную молекулу ДНК.

Как мы помним, каждая ступенька лестницы это определенная пара нуклеотидов. При делении клетки лестница расщепляется в длину на две части в результате разрыва каждой ступеньки посередине (рис. 54).

Рис. 54. Воспроизведение ДНК. а — молекула ДНК, для ясности устранены спиральные витки; б — продольное расщепление ДНК; в — каждая половина ДНК «собирает» нужные нуклеотиды и образует новую полную молекулу ДНК, тождественную исходной.

Оба члена пары, составляющей ступеньку, просто разделяются, так что образуются две половинки лестницы. Вспомним теперь, что в это время клетка содержит свободно плавающие нуклеотиды, которые производятся особыми белками (ферментами). Поэтому каждая половинка ступеньки находит в клетке соответствующий нуклеотид и снова образует целую ступеньку. В результате этого процесса получаются две лестницы с точно одинаковым порядком ступенек; после деления каждая попадает в одну из вновь образовавшихся клеток.