Страница 109 из 118
Десятки химиков бросились открывать строение белка и наудачу, вслепую пытаться получить его искусственно. И если первая часть этой работы шла быстро и уже на рубеже столетий были открыты все двадцать кирпичиков, составляющих белки, двадцать аминокислот, и их почти сразу научились синтезировать (и похоже, не было с этим проблем в космическом и земном естественном «биопоэзе»), то со связыванием аминокислот в белковую цепочку дело застопорилось на полвека. То есть связываться-то они связывались, но белок не получался. Получались пептиды, наборы аминокислот, кое в чем схожие с белками. Например, как и белки, они были горькие на вкус (аминокислоты сладковатые), могли перевариваться желудочным соком. Но ни у кого не хватило духу
назвать их белками, столь очевидна была разница. Сначала думали, что дело тут в длине цепи: пептиды были намного короче белков. Началась борьба за длину цепи.
И тогда лауреат Нобелевской премии 1902 года Эмиль Фишер, лидер гонки (у него в 1907 году получился восемнадцатичленный пептид), выступил с суровым осуждением «тотального синтеза белка». Даже если в результате сотен лихорадочных опытов наобум белок будет случайно получен, то этот результат даст науке ничтожно мало. Он сравнил химика с путешественником по неизведанной стране, который может промчаться через страну с помощью скоростного современного транспорта и достичь границы, не узнав о стране почти ничего. Но может он путешествовать и со смыслом, по определенной системе, не слишком торопясь, силясь понять природу и обычаи страны. И даже если придет он к цели позже торопливого своего коллеги, истинным покорителем страны будет он.
Э. Фишер оказался прав. Путь к синтезу белков открылся еще через пол века только после выяснения другими нобелевскими лауреатами матричной роли нуклеиновых кислот. Именно ДНК и РНК, подобно инженеру, запасшемуся чертежами, могут конструировать и строить строго определенную последовательность бесконечных нитей белка. Без этой строгой , определенности самая длинная цепь аминокислот будет оставаться просто цепью аминокислот - пептидом..А не белком. Но, зная эту предысторию химического синтеза белка, трудно не дивиться на наших современников-биохимиков, занятых как раз тотальным и как будто бессистемным синтезом самых разных органических веществ, в том числе и полипептидов. Это ученые, которые вслед за А. Опариным и Дж. Холдейном бьются над тайной происхождения жизни.
Шлагбаум на пути
«А и Б сидели на трубе. А упало, Б пропало, кто остался на трубе? А осталось на трубе И». Эта детская загадка процитирована... в журнале «Вопросы философии», в статье академика В.А. Энгельгардта, выдающегося советского биолога. Живое существо, скажем человека, можно оценить как сумму многочисленных А, Б, В - простых элементарных веществ. Его можно оценить как сумму веществ более высокого ранга - белков, нуклеиновых кислот и т.д. И каждая такая сумма, если отбросить все составляющие ее слагаемые, будет содержать некое «И», отсутствующее в исходном наборе. Все живое «копошится», причем со смыслом, с целью. А ведь весь этот многообразный, целесообразный мир родился из мертвого камня, тошнотворных газов первичной земной атмосферы, воды и сияния солнечных лучей. Как же это произошло?
И вот, соревнуясь друг с другом в простоте исходной химической утвари, в максимальном приближении к возможным на первичной Земле химическим и физическим условиям, биохимики получают одно сложное органическое вещество за другим. Углеводороды, жирные кислоты, порфирины - предшественники гемоглобина и хлорофилла, основания нуклеиновых кислот и наконец аминокислоты - практически все, даже самые сложные, вещества живого мира можно получить примитивными, «грубыми» способами. Например, пропуская электрические разряды или ультрафиолет через первичную атмосферу - смесь аммиака, метана и воды. Сейчас этот этап тотального синтеза веществ преджизни можно считать пройденным. Впереди самое трудное: белок, нуклеиновые кислоты, первое самовоспроизведение, размножение, первая матрица, строящая упорядоченные надмолекулы.
Ряды штурмующих загадку происхождения жизни разбились, как волны, о внезапно выросшее перед ними препятствие. Это препятствие - знаменитая «центральная догма молекулярной биологии», сформулированная выдающимися учеными - открывателями структуры ДНК и - именно за это - лауреатами Нобелевской премии Дж. Уотсоном и Ф. Криком:
ДНК -> РНК -> белок.
Иначе говоря, биосинтез возможен только в одном направлении. Сначала над каким-то участком гигантской молекулы ДНК собирается ее «отражение» - информационная РНК. Та из клеточного ядра, от ДНК, идет в рибосомы - клеточные фабрики белка, где двадцать (по числу аминокислот) транспортных РНК, этих грузчиков клетки, начинают подтаскивать к информационной РНК каждая свою аминокислоту, укладывают их на нее, как на конвейер, и с помощью ферментов (тоже белков!) «склеивают» строящуюся белковую молекулу.
Правило, установленное Уотсоном и Криком для живой клетки, некоторые ученые механически перенесли в прошлое,
к моменту зарождения жизни. Так появилась проблема пра-ДНК. Миновав почему-то более простые и выполнимые стадии - РНК и белок, природа должна была случайно составить двойную спираль ДНК, невероятно сложную, до сих пор не поддающуюся синтезу. Пра-ДНК и должна, казалось бы, быть первым организмом на Земле.
Но гипотеза пра-ДНК вызывает массу новых вопросов, на которые трудно дать ответ. ДНК совершенно беспомощна без белков: она не может делиться и реплицироваться без особого белка-фермента. Значит; сначала строительство этого белка-фермента? Но это, по той же догме, невозможно без информационной и двадцати транспортных нуклеиновых кислот. А те в свою очередь требуют для своего биосинтеза новых ферментов-белков... Порочный круг разрастается. Получается, что первая ДНК должна быть уже очень сложной, включать в себя десятки кодовых распоряжений. Когда попробовали подсчитать вероятность возникновения такой ДНК, ахнули: 10 -400! Точно как в том опыте свифтовских лапутян, которые путем машинного перебора букв хотели сочинить все еще не написанные гениальные произведения человеческого духа. Времени существования Вселенной и всех ее атомов не хватало, чтобы осуществить такую вероятность - произвести случайно на свет одну-единственную молекулу ДНК. Значит, жизнь на Земле - это чудесная случайность или не менее чудесный чей-то разумный акт? '
Это был тупик, и выход из него следовало искать в самом слабом месте - в догме. Природа не любит догм и не могла не предусмотреть исключения для волнующего момента возникновения жизни.
В эволюцию - на ходу
«Бомба в догму!» «Центральная догма молекулярной биологии под сомнением!» Подобные заголовки в 1970 году можно было увидеть в зарубежной печати. Вместо привычной формулы:
ДНК-> РНК -> белок появилась новая:
ДНК <=> РНК-> белок.
Советский биохимик член-корреспондент Академии наук Украины С. Гершензон и молодой американский вирусолог Г. Темин обнаружили: некоторые вирусы, заражая клетки животных, могут переносить информацию, закодированную на их молекулах РНК, на ДНК зараженных клеток. При этом они перестраивают наследственный аппарат клеток. Возникает опухоль. Невиданные горизонты открывались перед онкологией. Если раковая опухоль возникает именно так, то можно в принципе найти некий антифермент, вещество, блокирующее передачу информации от РНК к ДНК.
Для науки о происхождении жизни внезапный поворот стрелки от РНК к ДНК означал не меньшие потрясения и ожидания. Ведь вся она о том, как из простого получается более сложное. Некоторые виды РНК очень просты. Их синтез не требует такого чудовищно невозможного сцепления случайностей, как синтез ДНК. Весьма возможно, что РНК появилась раньше ДНК и отлично справлялась со своими обязанностями до определенного этапа развития.
Настоящим энтузиастом РНК можно назвать акдемика Александра Сергеевича Спирина, директора Института белка РАН. Цепь РНК очень похожа на цепь ДНК, с одной только разницей: это одинарная цепь, а не двойная спираль. «Мир РНК как предшественник современной жизни» - это название одной из глав его работы в Интернете. То, что РНК одинарна, делает ее удивительно похожей на белок. Как и его молекула, молекула РНК может свернуться сколь угодно прихотливо, но при этом и точно, образовать конформацию, трехмерную фигуру, отдельные выступы которой, где водородные связи сцепляют нить РНК саму с собой, в принципе оказываются той Самой двойной спиралью, почти ничем не отличающейся от будущей ДНК (которая, возможно, так и появилась когда-то на свет, как «дочка РНК») и которая может действовать наподобие ферментов (то есть РНК до поры не нуждается в белках-ферментах для своей деятельности). По целому ряду признаков, ДНК и сейчас вторична по отношению к РНК, и несомненно так было и в истории Земли. Именно РНК - главный деятель в самых древних клеточных процессах. ДНК не может обойтись для своей дупликации без РНК, а РНК - обходится. Все матричные и генетические функции ДНК РНК вполне доступны, в том числе и по части производства белковых цeпeй. Древний мир РНК, пишет Спирин, цитируя биохимика Л. Оргела,- это «самодостаточный биологический мир, в котором молекулы РНК функционировали и как генетический материал, и как энзимоподобные катализаторы». Есть в этой чрезвычайно популярной на рубеже тысячелетий теории и свои трудности (конечно, в части, касающейся синтеза белка), и они пока не преодолены. На чем и заканчивает академик свой яркий рассказ: «Но это уже следующая сказка... (“И Шахразаду застигло утро, и она прекратила дозволенные речи '：)»