Беседы о жизни - Галактионов Станислав Геннадиевич

На втором же этапе роль словаря играет транспортная РНК, поскольку именно она поставляет каждому триплету соответствующую аминокислоту. Кстати, здесь может возникнуть вопрос: большинство аминокислот, согласно генетическому коду, кодируется несколькими триплетами, значит, и транспортных РНК должно быть не двадцать типов, а гораздо больше? Так оно и есть на самом деле, по крайней мере, в некоторых организмах. Правда, до сих пор не удалось установить, действительно ли в клетке всегда присутствуют все типы различных транспортных РНК (по числу триплетов, кодирующих аминокислоты), но ясно, что их, во всяком случае, больше двадцати.

Изложенная «принципиальная схема» биосинтеза белка вызывает, помимо переводческо-лингвистической, и иную, чисто производственную аналогию. В самом деле, так и кажется, что если попытаться снять фильм о работе этого уникального по совершенству механизма, созданного природой, то «звукоряд» такого фильма будет состоять из четкого ритма шумов огромного производственного комплекса: вот лязгнула аминокислота, присоединенная аминоацилсинтетазой к транспортной РНК, щелкнул «контакт» транспортная РНК — информационная РНК, рибосома со скрипом продвинулась по информационной РНК на один триплет и так далее.

Такая аналогия тем более оправдана, что синтез молекулы белка на рибосоме осуществляется сравнительно быстро, особенно учитывая филигранную точность работы: на это, в зависимости от размеров молекулы, расходуется от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. При этом надо учесть, что в целях повышения «производительности» на одной молекуле информационной РНК одновременно «сидит» несколько рибосом, и тем самым синтезируется сразу несколько молекул белка. Были даже получены доказательства синтеза белка на молекуле информационной РНК, которая еще сама находилась в процессе изготовления. Иными словами, конец этой молекулы еще не был готов, а начало уже вовлечено в работу по синтезу белка!

Из последнего факта следует, кстати, один важный вывод: направление наращивания новых звеньев молекулы РНК в процессе ее синтеза совпадает с направлением движения вдоль нее рибосомы в процессе синтеза белка. А именно, молекула белка строится в направлении от конца, несущего свободную аминогруппу (N-конца), к концу, несущему карбоксильную группу (C-концу).

Вот откуда берутся белки. Заметим, в нашем описании мы не использовали никаких представлений, не упоминали никаких процессов, которые не могли бы быть описаны на языке химии и физики. По современному состоянию биологической науки это описание в некоторых местах может быть более подробным, в некоторых — менее, модели одних процессов представляются вполне очевидными, в отношении других, как говорится, возможны варианты, но не подлежит сомнению главное: чтобы объяснить самые существенные, самые (эх, была не была!) откровенные процессы, происходящие в живой клетке, нам на сегодняшний день уже абсолютно нет необходимости предполагать существование каких-то сил, отличных от уже известных химикам и физикам!

В том, что эта пламенная тирада — не пустой звук, сможет убедиться всякий по-настоящему терпеливый читатель (впрочем, только такому и удастся дочитать ее до конца). Авторы берут на себя смелость утверждать: того, что мы уже знаем о белках и нуклеиновых кислотах, достаточно (или почти достаточно) для понимания, по крайней мере в главных чертах, сущности явления, называемого жизнью. Правда, на «философские» вопросы типа «В чем смысл жизни?» мы, по присущей нам скромности, не дадим ответа, но вопросы биологические, поверьте, будут, хоть и схематично, рассмотрены на примере захватывающей истории о жизни и повадках хорошо (увы!) знакомого каждому читателю существа — вируса.

Биологи, которые решились бы, вдохновленные примером знаменитого немецкого зоолога А. Брема, создать многотомный труд «Жизнь вирусов», наверняка бы не уставали с обидой в голосе повторять, что перед их великим предшественником стояла задача неизмеримо более благодарная.

В самом деле, столько увлекательных возможностей: тут и коварные охотничьи повадки пумы, и хитроумные брачные игры птиц, и диковинной формы глубоководные рыбы. Чего стоят одни цветные вклейки с изображениями попугаев! А для придания вящей достоверности А. Брем еще приводит красочные рассказы путешественников-натуралистов, своими глазами видевших, например, схватку орла с гиеной.

Про вирус что можно рассказать занимательного? Форма у него не очень диковинная, а часто и весьма простая — палочковидная или многогранная, очевидцев (тех, кто видел вирус, скажем, в электронный микроскоп) немного, а что до экзотичности, то почти каждый из нас сталкивался с этими «милыми» существами — хотя бы в период зимне-весенних эпидемий гриппа. И все же попытаемся описать экстерьер, образ жизни и «привычки» вируса.

Прежде всего, вирус весьма-весьма мал. По своим линейным размерам он всего-то в тысячу или несколько тысяч раз больше молекулы водорода, то есть можно говорить, что он имеет размеры, сравнимые с молекулярными. В самом деле, средняя молекула белка выглядела бы рядом со средним вирусом примерно как пачка сигарет рядом с платяным шкафом.

Вирусная частица состоит из белковой оболочки, внутри которой заключена нуклеиновая кислота — в зависимости от типа вируса это может быть ДНК или РНК. Вот и весь организм.

Вирусы ведут омерзительно паразитический образ жизни, не изобилующий, однако, никакими впечатляющими подробностями. Сталкивается этакий вирус, например, с бактериальной клеткой, прилипает к ее стенке. Через некоторое время нуклеиновая кислота проникает внутрь клетки, оставив белковую оболочку снаружи. Часто в описаниях этого процесса используется выражение «впрыскивание ДНК», однако не следует понимать его буквально: вирус начисто лишен какой-либо способности к активным действиям; речь идет просто о перестройке белковых структур вируса под влиянием физико-химических взаимодействий с поверхностью клетки и о диффузии ДНК внутрь клетки.

ДНК, проникшая в клетку, находит там (естественно!) весь комплекс ферментов, необходимых для обеспечения процесса репликации (не забыли? Это процесс воспроизведения ДНК!). И вот в клетке начинается массовое изготовление копий вирусной ДНК, которые ей, клетке, мягко говоря, совершенно не нужны. Ибо дальнейшие события уже легко предвидеть: другие ферментные системы клетки, ответственные за транскрипцию (а это процесс производства РНК по ДНК), принимаются за синтез комплементарных копий РНК, которые служат матрицами для изготовления (снова при помощи ферментных систем клетки) молекул вирусных белков. Десятки или даже сотни молекул белка вирусной оболочки самопроизвольно образуют определенной структуры комплекс с одной из имеющихся в клетке молекул вирусной ДНК (наподобие того, как это происходит при формировании четвертичной структуры белка — подробней об этом чуть попозже). Получившийся комплекс и есть не что иное, как новая вирусная частица. Такой процесс, осуществляющийся за счет ресурсов клетки и силами ее ферментативных систем, протекает весьма быстро.

При этом изощренное издевательство вируса над беззащитной клеткой не исчерпывается описанными вероломными штучками. Помимо белков оболочки вируса, на вирусных РНК синтезируются и некоторые другие белки. Структура их такова, что, образуя прочные комплексы с некоторыми ферментами клетки, они блокируют процесс синтеза клеткой собственных белков и нуклеиновых кислот с тем, чтобы все ее оставшиеся силы были направлены только на воспроизводство новых вирусов. (Какое хищное, жестокое коварство — причем, заметьте, коварство на молекулярном уровне!)

Кроме того, на той же вирусной РНК часто идет еще и синтез фермента, разрушающего клеточную оболочку, чтобы к тому моменту, когда полностью истощенная, кишащая вирусами клетка погибнет, мириады зловредных существ смогли беспрепятственно устремиться наружу. Правду, правду говорят врачи: во время эпидемий гриппа нужно пользоваться марлевыми повязками.