Страница 110 из 118
Но... сказав «А», необходимо сказать и «Б». Если могла повернуть вспять одна из стрелок догмы Уотсона - Крика, не может ли то же самое сделать и другая? Короче говоря, не могла ли все же самовоспроизводящаяся жизнь возникнуть еще до нуклеиновых кислот, без ДНК и РНК, - на уровне белка? Так мы снова возвращаемся к «копошащемуся белку» ….
Возможна ли белковая матрица?
Уже после того, как было открыто свойство ДНК быть матрицей, шаблоном для синтеза самой себя, РНК, а через РНК белков, некоторые ученые продолжали задавать себе этот вопрос. Возник он и у авторов догмы - Ф. Крика и Дж. Уотсона.
Логика была простая: нуклеиновую кислоту можно уподобить форме, а белок - отливке. «Выступу» на нити нуклеиновой кислоты соответствует «паз» в белке, и наоборот6. А что, ежели поменять их местами? Не может ли белок, хотя бы в исключительных случаях, стать формой, на которой будет «отлита» нуклеиновая кислота, которая в свою очередь вновь станет формой, уже законной, для бездны других молекул белка? Отличный выход из заколдованного круга!
...Так делают фотографы, если утерян негатив ценного фотоотпечатка. Они переснимают отпечаток, получают репродукционный негатив, и, пожалуйста, можно изготовить хоть тысячу позитивов.
Да, такая идея возникла. Дж. Уотсон и Ф. Крик подробно эту идею рассмотрели и... отвергли.
Основной довод: ДНК «избрана» природой на ее уникальную должность хранителя и носителя информации из-за высокой точности, которая обеспечивается ее «четырьмя кодонами», «четырьмя цветами наследственности». Белок в качестве матрицы давал бы слишком большую ошибку, пишет Дж. Уотсон. И поэтому: «Перенос информации идет только в одном направлении: белок никогда не может служить матрицей для синтеза РНК, а РНК - матрицей для синтеза ДНК».
Времена меняются. Открытия С. Гершензона и Г. Темина сокрушили вторую часть догмы - насчет РНК и ДНК.
Мы не знаем, чем объяснить непримиримость ученых. Сколько раз в истории науки рушились самые строгие запреты! Классики молекулярной биологии знали, разумеется, о последних событиях в своей науке. Знали - и стояли на своем.
В статье, вызывающе названной «Центральная догма молекулярной биологии», Ф. Крик лаконично признал, что в отдельных случаях переход РНК>ДНК может «иметь место в очень специфических условиях», но тут же подтвердил основополагающее значение догмы, оставив ее в общем-то в силе. При этом он специально перечислил по-прежнему невозможные, с его точки зрения, переходы. Вот они:
белок - > ДНК,
белок -> РНК,
белок -> белок,
ДНК -> белок (минуя РНК).
Смысл трех из этих четырех запретов: белок не может быть матрицей для синтеза чего бы то ни было. Основной аргумент тот же: малая точность предполагаемой белковой матрицы. Нельзя не согласиться: это делает ее непригодной на достаточно высокой ступени эволюции. Но вначале, у истоков жизни, слишком большая точность не только не нужна, она была бы просто помехой.
Чтобы вступил в действие первичный естественный отбор и выработал элементарно необходимые для жизни биополимеры, нужно было сырье для этого отбора, а значит, «разночтения» - мутации. Их нужно было намного больше, чем дает их нуклеиновый код. Нельзя поэтому не согласиться с выдающимся биохимиком Дж. Уолдом: сама «организация, упорядоченность, характерные для живых организмов, не были предрешены или приданы им заранее. Они возникли в результате случайных мутаций - процесс этот сродни редактированию. Таким образом, и мы с вами являемся результатом работы редактора, а не Творца». Точность, о которой говорят классики, исходящие из современной картины жизни, появилась как преимущество каких-то видов жизни, дала им победу в первичной, почти чисто химической еще борьбе за существование. А это означает, что нуклеиновая кислота - основа современной жизни, возможно, включилась в уже начавшеюся эволюцию на ходу.
Все-таки белок?
Итак, все-таки белковая матрица, белковый код. Возможны ли они? Оказывается, эти термины звучат не так уж дико, более того, они даже существуют и применяются, правда, пока для особого класса явлений.
На одной из сессий общего собрания Академии наук СССР, специально посвященной молекулярной биологии, известный советский ученый Ю. Овчинников обронил такую фразу: «Первичная структура белков кодирует пространственную их структуру». .
Первичная структура - это определенная последовательность аминокислот, задаваемая нуклеиновым кодом. Но белок не существует в качестве вытянутых нитей. Прежде всего нить завита в спираль. Спираль - вторичная структура белка. Но самое важное - третичная структура: белок образует определенную конфигурацию, или, как говорят биохимики, конформацию, нити в пространстве.
Скажем, перегиб вправо, петля влево. Колено, восьмерка. К этому клубку страшно подступиться, он головоломен. Но сама белковая нить отлично «помнит», как она должна свернуться. Ее можно распрямить, денатурировать до вторичной или первичной структуры, например, нагревая. Вареный белок яйца - это денатурированный белок. Такой белок, лишенный своей третичной структуры, безжизнен. Если это фермент, то он теряет свои ферментные свойства. Но осторожная тепловая обработка может вернуть белку жизнь. Первичная структура - последовательность аминокислот - содержит в себе скрытую информацию о том, как надо свернуться. Эта скрытая информация закодирована в распределении радикалов (определенные химические группы способствуют изгибу нити), в размещении электрических зарядов: слабые водородные связи схватывают, скрепляют мостиками петли нити, оказавшиеся рядом. А обретая третичную структуру, конформацию, белок готов играть матричную роль уже на новом уровне. «При конструировании мембран, - пишет академик В.А-.Энгельгардт,- функционирует матрица третьего порядка. Она... сама имеет белковую природу».
На молекуле белка, имеющей третичную структуру, а потому очень прихотливо очерченной в пространстве (пазы, бугорки - все, как на образцовой матрице), собирается комплекс из молекул липида и другого белка. Такие комплексы штампуются в огромном числе, и белково-липидные мембраны, присутствующие во всех клетках организма, играют принципиальную роль в кипении жизни - регулируют обмен веществ.
Известному биохимику академику А. Баеву удалось тонкими и точными химическими воздействиями разрезать на две и даже на четыре части молекулу одной из транспортных РНК - валиновой т-РНК. Основная функция т-РНК - захватывать аминокислоту (в данном случае валин), приносить на место сборки белка и складывать свой груз на «сборочный конвейер» - рибосому. Соединяться с валином РНК может только в присутствии специального фермента. Разрезанные части РНК - четвертушки, половинки не желали соединяться с валином даже в присутствии фермента. Но смесь этих четвертушек, половинок - соединялась вела себя, как целая РНК. И это, несмотря на то что РНК оставалась разрезанной - ее молекулы не восстанавливались!
А, Баев объяснил поразительное явление тем, что белок-фермент играет в данном случае «роль своеобразной матрицы». Заполняя «пазы» и «углубления» на своей молекуле частицами раздробленной РНК, белок организует их: так размещает в пространстве, что они и теперь сообща могут выполнять свою работу, которую раньше делала целая молекула.
Таким образом, матричный - и очень точный! - принцип действия не только не чужд белкам - он у них «в натуре».
Я уже упомянул, что в 1970 году Ф. Крик еще раз объявил запретным переход:
белок -> белок.
Примерно в это же время во Франции на Третьей конференции по происхождению жизни профессор Ф. Липман сделал сенсационное заявление, сущность которого сводится как раз к попытке отмены и этого запрета.
Ибо в лаборатории Ф. Липмана в Нью-Йорке, а одновременно в лаборатории К. Курахаси в Институте белка (Осака, Япония) в 1969 году был впервые синтезирован белок вне рибосом, то есть без участия нуклеиновых кислот. Роль матрицы исполняли другие белки - два фермента! Синтезирован был грамицидин, антибиотик. Конечно, это не настоящий белок: в его молекуле всего пять пар аминокислот. Но лиха беда начало: доказана способность ферментов быть матрицей для постройки биополимеров строго упорядоченной конструкции.