Может ли человек когда-нибудь создавать искусственные продукты питания – белки, жиры, углеводы? Сможет ли он когда-нибудь изготовить хотя бы самую простую живую клетку? Наконец, что такое наследственность, каковы успехи и перспективы науки в ее изучении?

Наследственность и образование различных веществ в клетках любого организма зависят от строения молекул нуклеиновых кислот. Изменяя их строение, создавая новые молекулы, человек овладевает тайнами синтеза белков, тайнами наследственности, разгадывает сущность жизни.

И дин человек отличается от другого множеством признаков: и ростом, и телосложением, и цветом волос, глаз, кожи. Что же определяет такой простой признак, как, скажем, цвет глаз? Оказывается, все дело в количестве красящего вещества – меланина. Если его образуется много, то глаза, волосы, кожа темные. Если же он вовсе не образуется, то человека называют альбиносом: у него белые волосы, непигментированные радужина и кожа. Образование пигментов, как и любых других веществ в клетках нашего тела, зависит от особых белков – ферментов.

Долгое время ученые думали, что наследственность организмов и определяется «набором» молекул ферментов и других белков, которые передаются от родителей детям, что эти молекулы каким-то способом размножаются. Меченые атомы опровергли такую гипотезу. Было установлено: молекулы белков недолговечны – они непрерывно разрушаются, строятся заново, но не могут размножаться.

Откуда же тогда постоянство белкового состава организма на протяжении всей его жизни?

В 1870 году молодой швейцарский физиолог Мишер выделил из клеток ранее неизвестное вещество, богатое фосфором. Оно было названо нуклеиновой кислотой.

Автор открытия и не подозревал, что синтез белков связан с нуклеиновыми кислотами. Это было доказано лишь 74 года спустя в опытах с бактериями, вызывающими воспаление легких.

Ученые обратили внимание, что одна раса пневмококков имеет толстую капсулу, другая – тонкую. Возник естественный вопрос: можно ли изменить наследственную природу пневмококков второй расы, заставить и их образовать толстые капсулы? Тонкокапсульных бактерий стали кормить веществами, выделенными из бактерий первой расы. Успех пришел лишь в опытах, в которых пища состояла из нуклеиновых кислот, – бактерии приобрели «зимнюю одежду» и стали передавать этот признак своему потомству. Наука о наследственности вышла на молекулярные рубежи. Стало ясно, что именно в нуклеиновых кислотах скрыта тайна наследственности.

Когда шесть лет назад ученые добились расщепления и искусственного создания вирусов, нуклеиновая кислота вновь сказала свое слово. Стоило поместить вирусы табачной мозаики в фенол – они распадались на белки и нуклеиновую кислоту. В растворе с солями фосфора белки и нуклеиновая кислота образовали исходный вирус. А что произойдет, если соединить нуклеиновую кислоту и белок, принадлежащие вирусам с различной наследственностью – вирусам разных рас? В потомстве нового, искусственно созданного вируса все наследственные свойства целиком повторят свойства расы, от которой взята кислота. Значит, строение молекул нуклеиновой кислоты определяет и свойства белков!

Чтобы передать по телеграфу различные сообщения, применяют азбуку Морзе. Комбинацией точек, интервалов и тире можно закодировать и передать текст 90 томов собрания сочинений Льва Толстого. А ведь именно столько томов нам пришлось бы написать, чтобы передать текст приказа родителей на программу развития любого потомка. Ведь в каждой оплодотворенной яйцеклетке содержится подробнейшая инструкция, и потому-то не только из осетровой икринки всегда будут развиваться осетры, а из ершовой – ерши, но даже братья и сестры чем-то будут отличаться друг от друга.

Задания родителей закодированы в молекулах нуклеиновых кислот, представителей огромного класса органических, то есть содержащих углерод, соединений. Все их молекулы состоят из многих похожих строительных блоков – остатка фосфорной кислоты, сахара и азотистого основания. Такой блок называется нуклеотидом. В состав ядерных кислот входит сахар дезоксирибоза. Потому и названы они дезоксирибонуклеиновыми – ДНК. По виду эти молекулы похожи на веревочную лестницу. Ее боковины состоят из чередующихся остатков сахара и фосфата. Ступеньками, соединяющими остатки двух молекул сахара, служат спаренные азотистые основания. Их всего четыре: А – аденин, Т – тимин, Г – гуанин, Ц – цитозин. Соединяются они только в определенные пары: А с Т, Г с Ц. Молекула ДНК отличается от других органических соединений и способностью к размножению. Двухниточная молекула раскручивается, разделяется, и каждая нить строит себе недостающую половину. Происходит это так: к одиночной нити, где расположен нуклеотид А, должен подплыть и присоединиться нуклеотид Т, к нуклеотиду Г – нуклеотид Ц, и так далее.

Наука вышла на рубежи решительного штурма основной тайны: как молекула ДНК управляет синтезом белков?

Каждая молекула белка построена из аминокислот. Их всего двадцать пять. Это как бы буквы, из которых образуется огромное количество белковых «слов».

Чтобы понять закон образования белковых «слов» – молекул, надо было изучить, какое количество букв молекул ДНК соответствует букве белковой молекулы. Задача усложнялась тем, что молекулы ДНК находятся в ядре клеток, а белки образуются в окружающей его плазме. И все же ответ был получен. Его нашли при исследовании рибонуклеиновых кислот – РНК, в состав которых входит сахар рибоза, а вместо Тимина – Т – урацил – У.

Молекула РНК обнаружена в каждой клетке, как в ее ядре, так и в цитоплазме. Было предположено, что молекулы РНК образуются на поверхности молекул ДНК совершенно таким же образом, как одиночные нити ДНК строят свои недостающие половины. После своего формирования молекула РНК выталкивается из ядра в плазму клетки. Там на ней строятся белки.

Год назад эта гипотеза была подтверждена опытами в Нью-Йоркском и Стэнфордском университетах. Оказалось, что молекулы РНК различаются по размерам. Большие, или «посланцы» ДНК, выплывающие из ядра в плазму, являются матрицами для синтеза белков, а маленькие – переносчиками аминокислот. Каждый переносчик вылавливает в клетке полюбившуюся ему аминокислоту и подвозит ее к определенному месту большой молекулы РНК. Естественно, что для каждого сорта белка должна существовать своя матрица в виде большой молекулы РНК – посланца.

Шаг за шагом наука разгадывала тайны молекул белка и нуклеиновой кислоты. Оставалось научиться осуществлять перевод с «белкового» на «нуклеиновый» язык.

Чем содержательней духовный мир человека, тем значительней запас его слов. Молекулы ДНК и РНК мы можем назвать «варварам»», которые пользуются всего четырьмя буквами. Комбинируя из них трехбуквенные слова, они получают «словарный запас», состоящий всего лишь из 64 слов. Иное дело белки: они как бы представители «высшей цивилизации» клеток. При наличии хотя бы двадцати аминокислот (а это обязательный минимум «букв», которые входят в любое белковое «слово») возможное разнообразие белковых молекул выражается восемнадцатизначным числом!

Ученым удалось синтезировать молекулы РНК, состоящие из разных букв, и «увидеть», какие они образуют белковые «слова». Например, молекула РНК, построенная лишь из букв У (начальная буква слова «урацил»), образует белок, построенный из одного сорта аминокислот – фенилаланина. Если же к этому «слову» добавлять знакомые нам буквы А, Г, Ц, возникают белки, в состав которых входят и другие аминокислоты.

Таким образом выяснено, что одно слово «варварского» языка соответствует одной букве белкового «слова». Именно это открытие – итог напряженного, многолетнего труда многих ученых – произвело революцию в наших знаниях о жизни.

• Страницы:
• 1
• 2
• следующая

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.