Заглянем в будущее
Шрифт:
До того как Д. Уотсон и Ф. Крик приступили к работе, уже было известно, что молекула ДНК представляет собой длинную цепь с боковыми привесками четырех типов. Эти привески, называемые нуклеотидами, суть тимин, цитозин, аденин и гуанин. Первые два привеска поменьше размером, хоть и разные, но очень похожи друг на друга. Два других, побольше, также отличаются друг от друга совсем незначительно.
Незадолго до того, как два будущих нобелевских лауреата приступили к своему поиску, химики стали подозревать, что нуклеотиды молекул ДНК разных особей следуют друг за другом в разном порядке. Длинная молекула, в которой похожие друг на друга, но все же разные нуклеотиды
Молекула ДНК простейшей бактерии имеет огромную длину. Число привесков измеряется 6 миллионами. Нетрудно прикинуть, что с помощью 6 миллионов слов четырехбуквенного алфавита мы сможем составить книгу объемом в 3 тысячи страниц. Так что концы с концами сходятся великолепно. Трех тысяч страниц вполне хватит, чтобы обрисовать во всех тончайших деталях строение бактерии.
Задачей Д. Уотсона и Ф. Крика являлось придать идее длинной апериодической молекулы конкретные черты и предложить такую модель, которая объяснила бы две основные функции молекулы ДНК — репликацию, то есть способность производить свои копии, и производство молекул белка, строго специфичных для каждого организма.
Д. Уотсон и Ф. Крик показали, что при сближении двух молекул ДНК существует лишь единственный удобный способ сплетения в одно целое двух тождественных молекул. Оказалось, что маленькому привеску тимину удобно подойти к большому аденину, а маленькому привеску цитозину удобно подойти к гуанину.
Природа пошла по пути механика, изготовляющего замок. Замок открывается лишь тогда, когда все выступы ключа попадут в соответствующие впадины замка. Так же точно существует единственная возможность сплетения молекул в двойную спираль: маленькие привески играют роль скважин, а большие — выступов ключей. Достаточно в одну из спариваемых молекул внести изменения, как свивание в двойную спираль станет невозможным.
Принцип «ключ-замок» непредвзято объясняет деление клеток. Двойная спираль расплетается, и каждая из половинок «собирает из имеющегося сырья» вторую молекулу, тождественную родительской.
Это объяснение представляется настолько естественным, что справедливость его была единодушно признана до получения прямых доказательств, которые, впрочем, не заставили себя долго ждать.
Механизм производства белковых молекул выглядел значительно сложнее. «Единицей» передачи наследственности оказалась последовательность примерно тысячи нуклеотидов. Она получила название цистрона. Каждый цистрон ответствен за производство полипептида — цепочки аминокислот, связанных пептидными связями. На смену формуле «один ген — один фермент» пришло правило «один цистрон — один полипептид».
Ген оказался не молекулой, а частью молекулы.
Командиром производства является молекула ДНК В любом крупном промышленном предприятии директор осуществляет руководство производством не непосредственно, а через своих помощников, скажем главного металлурга, главного конструктора и т. д. Как правило, директор сам назначает своих помощников. Так же поступает и молекула ДНК, с тем, однако, различием, что она не только выбирает, но и изготовляет своих сотрудников. Ближайшими исполнителями воли начальства являются молекулы рибонуклеиновых кислот, играющие роли посланцев (м-РНК). Молекула м-РНК (буква «м» — обозначение
Таким образом, производство белков поручается молекулам м-РНК. И правильно. Ибо в противном случае около молекулы ДНК происходила бы нежелательная толчея, приходилось бы распутываться в потоке «сырья», нужного для изготовления разных полипептидов, производство шло бы медленнее и всякого рода ошибки были бы весьма вероятными.
Молекула ДНК производит большое число молекул м-РНК. В принципе столько, сколько она содержит генов-цистронов. Молекулы м-РНК отправляются фабриковать белковые молекулы в цехи, которые называются рибосомами.
Но к этим цехам надо доставить сырье! Это выполняют молекулы-транспортеры — рибонуклеиновые кислоты, но другого сорта. Их обозначают т-РНК. Транспортеров столько, сколько аминокислот. Каждый транспортер тащит свою аминокислоту. Так происходит функционирование организма.
Справедливость этой модели доказана прямыми опытами. Разумеется, нет возможности дать представление обо всем комплексе доказательств, лежащем в основе гипотезы. Мы рассказали о механизме работы живой клетки лишь в самых общих словах. В последние годы даже тонкие детали этого процесса изучены биологами. Секреты производства живой материи стали достоянием науки.
Любое познание вызывает вопросы: зачем, для чего, увеличит ли это счастье на Земле?
Ответы на них достаточно очевидны. Во-первых, зная кухню изготовления живого, можно вмешаться в ее работу и подправлять повара, если он плохо справляется с задачей. Во-вторых, голова кружится лишь от одной мысли о возможности создавать искусственные существа по заданному плану. Обе задачи еще очень далеки от осуществления и сегодня могут быть названы фантастическими. Однако только что сказанное показывает, что если речь и идет о фантастическом плане действия, то все же оба пункта программы являются реалистическими и не противоречат законам природы. И далее, достаточно ясно, чему надо учиться! Одной из важнейших проблем науки должна быть названа задача синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Трудно еще сейчас сказать, в какой форме это умение будет использовано для решения обоих пунктов программы вмешательства в производство живой материи. Есть основания предполагать, что зачастую можно будет «обманывать» клетку, подсовывая ей искусственную нуклеиновую кислоту и меняя таким образом процесс изготовления того или иного белка.
При изучении тонких эффектов работы клетки исключительно важным для биологии является моделирование отдельных стадий процессов, протекающих в живом организме. Для этой цели также нужно научиться изготовлять по заданному плану молекулы белков, молекулы РНК и другие биологические макромолекулы.
Наиболее отдаленной мечтой является, видимо, изготовление самого командира производства — молекулы ДНК. Если эта задача станет реальной, то весь процесс создания живого удастся осуществлять в колбе.
Однако автор этих строк не заносится в своих мыслях столь далеко. Ему хотелось бы, чтобы его ближайшие потомки стали очевидцами превращения медицины в точную науку. А это возможно лишь в том случае, если биохимики и физики научатся определять структуру белков и нуклеиновых кислот каждого индивидуума, сумеют понять молекулярный механизм любой болезни и овладеют техникой вмешательства в жизнедеятельность организма, которая заключается в замене «больных» молекул на «здоровые».