Биология. Глава 11
[1] [2]– Не совсем так. Хотя клетка производит больше сортов молекул, чем любая пуговичная фабрика сортов пуговиц, типы производимых молекул вполне определенные. Фабрика-клетка работает по разнообразным, но раз навсегда утвержденным чертежам. Так вот, в последние годы мы нашли главного конструктора фабрики. Это особая молекула, которая сокращенно называется ДНК.
– А если полностью?
– Дезоксирибонуклеиновая кислота.
– Пусть уж лучше будет ДНК. Так что же оказалось?
– О, придется произнести еще один длинный монолог. Начальство фабрики заключено в так называемом ядре клетки – ДНК очень длинная молекула. Важной ее особенностью является то, что она построена из кусочков четырех сортов. Я упрощаю, но вы потом разберетесь сами в деталях, а мне хочется рассказать лишь основную идею открытия. Эти кусочки расположены в какой-то определенной беспорядочной последовательности. Теперь идея номер один. План разнообразных действий клетки, передающийся без изменения от клетки к ее бесконечному потомству, возникающему благодаря делениям, закодирован специфической последовательностью расположения этих кусочков.
– Хорошо, но какое же это имеет отношение к производству бесконечно разнообразных белковых молекул?
– А откуда вы взяли, что белковые молекулы бесконечно разнообразны?
– Не помню, но где-то читал.
– В известном смысле это верно, но замечательным является то обстоятельство, что все белковые молекулы построены из двадцати различных элементов. Только двадцати. Опять-таки, располагая эти элементы в разной последовательности, можно получить неисчерпаемое богатство разновидностей молекул, годящихся, так сказать, на все случаи жизни и на все вкусы.
– Рассказывайте про производство белков, вы меня заинтриговали, – попросил я.
– Вы знаете, что такое типографская матрица?
– Конечно.
– Так вот, представьте себе, что вы отлили отдельно каждую строчку. Если будете пытаться совместить одну из строчек с матрицей так, чтобы все выпуклые части вошли в соответствующие впадины, то это удастся сделать только единственным способом, поставив строчку на ее собственное место.
– Ясно.
– Молекула ДНК играет роль такой матрицы, алфавит у нее четырехбуквенный, а число строчек двадцать. Роль строчки в моей грубой схеме играет молекула, которая сокращенно обозначается РНК.
– Можете не называть ее полностью. Продолжайте, пожалуйста.
– Молекула ДНК находится в среде, где имеется достаточное количество ее строительных блоков четырех сортов. Прежде всего ДНК готовит строчки, то есть изготовляет молекулы РНК.
– Вы говорите об этом так, будто речь и на самом деле идет о типографской строчке. А здесь протекает сложнейший химический процесс.
– Я рад, что вы это чувствуете. Я просто не останавливаюсь на химизме явления, а говорю лишь о структурной схеме, – уточнил мой товарищ. – Каждая из строчек – это специализированная молекула РНК, которая способна подцепить один из строительных кирпичей белковой молекулы. После того как молекулы РНК построены, они отправляются на охоту за своими кирпичами белковых молекул, притаскивают их к молекуле ДНК (я опять упрощаю картину, но это не меняет принципиальной стороны дела), каждая строчка находит свое место, и кирпичи белковой молекулы оказываются расположенными в строго определенной последовательности, они соединяются и образуют белковую молекулу.
– Но ведь надо сделать много сортов белковых молекул.
– Совершенно верно, представляйте себе молекулу ДНК не как один лист матрицы, а как большое число листов – каждый лист фабрикует свой белок.
– Потрясающе интересно! Представить себе химический процесс такой степени сложности и происходящий «сам по себе»?! Нет, это, право, поразительно. Я вот думаю сейчас, что на настоящем уровне техники спроектировать автоматическую фабрику даже для производства одного сорта белка и то невозможно. А здесь, в живой материи, в микроскопическом масштабе налажено сложнейшее производство, подчиняющееся приказам извне… Да, звучит, как сказка.
– Вот вы и должны заняться этими вещами и показать, что ничего сказочного в этом нет, – поведение всех этих молекул подчиняется все тем же правилам, которые действуют в простых небиологических системах.
– Ну, знаете, это надо менять свою профессию, а я уж стар для этого.
– Гм. Это уже другой вопрос. Его вы должны решить сами. Я же хотел лишь нарисовать реальную картину, которая сложилась сейчас в биологической науке.
С этими словами мой собеседник-биолог простился и ушел, а я долго еще грыз себя, почему 10–15 лет назад не занялся этими проблемами. Последующее показало, что хорошо мне знакомые, частично развитые мною самим представления о поведении органических молекул переносятся на сложные процессы, протекающие в клетке. Те же правила, те же закономерности, тот же фундамент, общий для физической науки. Действительно, самое главное в схеме – припасовка молекул друг к другу таким образом, чтобы впадина одной и выступ соседней совпадали, – была мною еще в начале сороковых годов обнаружена как непременное свойство всех органических кристаллов. Оказалось, что и в сложных системах то же правило осуществляется не только качественно, но и с соблюдением тех же геометрических соответствий, которые присущи всему миру простых органических кристаллов.
Тщательно исследуется сейчас и энергетическая сторона дела. Показано, что все описанные чудесные процессы происходят с полным соблюдением закона сохранения энергии. Энергия, необходимая для переноса и конструирования молекул, доставляется солнцем или пищей. Таким образом, усложнение против простых химических реакций – столкновений, разломов и соединений молекул – только количественное.
В молекулярной биологии сегодняшнего дня больше загадок, чем решенных проблем. Тем не менее то, что нам известно, показывает с полной несомненностью, что в основе сложнейших процессов жизни лежат физические законы, общие для всех частиц, строящих вселенную.