Беседы о жизни

Галактионов Станислав Геннадиевич

Чем сложней система, тем толще инструкция. Инструкция для советских космонавтов, принимавших участие в совместном полете «Союз» — «Аполлон», насчитывала свыше тысячи страниц. А ведь в ней перечислены лишь правила поведения космонавтов в так называемых «штатных», то есть предусмотренных, ситуациях. Инструкция, охватывающая все возможные ситуации при космическом полете, получилась бы такой, что, пожалуй, после ее тщательного изучения космонавты не смогли бы участвовать в полете просто по причине достижения пенсионного возраста. Так что уж говорить о столь сложной системе, как организм!

Умеем ли мы читать?

Стоп! Вот теперь-то

самое время остановиться, передохнуть, а заодно и покончить (желательно навсегда) с игривым тоном и всякими шуточками. Мы подошли к существу проблемы: мы знаем, что наследственная информация, формально говоря, записана в виде очень длинных слов на четырехбуквенном алфавите. Однако это всего лишь способ записи. И коль скоро мы употребляем слово «запись» — хоть оно и относится к форме, а не к существу дела, — надо бы подумать и о том, как происходит процесс чтения этой записи, процесс, конечным результатом которого оказывается создание того или иного организма.

Это, конечно, на первый взгляд звучит довольно странно. Вспомним, однако, что даже тушение пожара — тоже (хоть и не всегда) результат внимательного чтения противопожарной инструкции. Так что в принципе в таком способе чтения нет ничего удивительного. Вот еще одна, уже более близкая аналогия: существуют и прекрасно работают тысячи и тысячи станков с программным управлением. Изготовление детали на таком станке в известной мере также является результатом чтения ее шифра — условного набора дырок, пробитых на перфокарте или перфоленте. Эта аналогия, правда, страдает заметной даже невооруженному глазу однобокостью: она говорит лишь о результате чтения, но не о его механизме.

Итак, если ДНК — инструкция для возведения столь сложного устройства, как организм, вполне естественно задать такие вопросы: каким образом она выполняется, как копируется и передается из поколения в поколение? И, кроме того, кто ее составил?

Тем, что современной биологии известен, хотя бы в самых общих чертах, ответ на эти вопросы, мы обязаны главным образом целеустремленным и энергичным исследованиям, проведенным на протяжении двух последних десятилетий. Насколько огромен будет масштаб свершений этого нового периода «бури и натиска» в биологии, поначалу не удалось оценить не только культурной общественности, но и большинству самих биологов. Причины и последствия такого бурного развития событий крайне интересны сами по себе, но говорить о них лучше после того, когда мы хотя бы в общих чертах познакомимся с самыми главными результатами.

Молекула ДНК в клетке находится в окружении очень сложных структур и весьма странных веществ. Содержимое клетки представляет собой, с химической точки зрения, смесь сотен разнообразнейших соединений. Большая их часть растворена в воде — основном по массе содержимом клетки.

Среди прочих веществ присутствуют в окружающем ДНК растворе и все четыре типа нуклеотидов — элементарных звеньев цепочки ДНК. Реагируя друг с другом, они могут образовывать пары, тройки и вообще — цепь ДНК любой длины. Так что, если нужно, например, снять копию с данной молекулы ДНК, то, по крайней мере, материал для этого есть (мы просим читателя временно воздержаться от бестактного вопроса: «Откуда он взялся?»). А вот вопрос о том, как клетка ухитряется копировать молекулы собственной ДНК…

Хореографическая модель ДНК

К счастью, принципиальная схема молекулярного механизма, придуманного природой для копирования ДНК, представляется сравнительно несложной (правда, при очень поверхностном подходе и после тщательных объяснений). Говоря предельно лаконично, дело обстоит так. Цепочки ДНК в клетке часто существуют в виде парных комплектов. Особенность этого комплекта заключается в том, что все основания обеих цепочек попарно связаны друг с другом, а самое главное — такие попарные сцепления подчинены строгой закономерности: аденин может находиться в паре только с тимином, а гуанин — с цитозином, так что сцепленная пара молекул ДНК выглядит примерно так:

и по построению напоминает вереницу пар участников хореографического ансамбля, исполняющих какой-либо старинный танец, скажем мазурку. Такая вереница в хорошем ансамбле подчинена примерно тем же закономерностям: белокурые красавицы танцуют в паре с брюнетами, а темноволосые — с блондинами.

Обе нити ДНК должны, таким образом, строго соответствовать друг другу; описанный выше способ соответствия принято называть комплементарностью. Говорят, что две нити комплементарны, если последовательность одной из них получается из последовательности второй заменой аденина на тимин, гуанина — на цитозин, и наоборот. Нетрудно убедиться, что в паре нитей двойной спирали записан текст, соответствующий по длине только одной из них, ибо комплементарный текст определяется механически и новой информации нести уже не может.

Связи, с помощью которых пары оснований «держатся» друг за друга, довольно легко разорвать. Если это произойдет, нити ДНК начнут расходиться и к ним могут начать присоединяться отдельные нуклеотиды, причем попарные правила их присоединения будут те же: А - Т и Г - Ц.

Присоединяющиеся нуклеотиды будут сцепляться не только с половинками своей пары, но и друг с другом, образуя новую цепочку. И когда нити исходной пары разойдутся полностью, вместо одного парного комплекта в клетке окажется два, причем последовательности оснований образующих их молекул попарно будут строго одинаковыми.

Этот процесс называется репликацией. На первый взгляд он действительно кажется простым; во всяком случае, мало-мальски приличный балетмейстер без труда сможет осуществить постановку хореографической картинки «Репликация ДНК», пользуясь приведенным описанием и располагая достаточным количеством белокурых и темноволосых танцоров обоего пола (кстати, такому постановщику наверняка удалось бы избежать дежурного упрека критиков в недостаточной современности тематики балета).

Однако тут же начинают приходить в голову очередные бестактные вопросы. Ну, например: как удается парам А - Т и Г - Ц узнавать друг друга? Почему не бывает пар другого типа, скажем А - Ц? И так далее. Кое-какие объяснения по этому поводу читатель, возможно, получит впоследствии, пока же ему придется смириться с обтекаемым ответом в духе любезной нашему сердцу барышни: такова структура парных комплексов молекул ДНК.

От текста к тексту

Известный шутник К. Чапек в своем романе «Война с саламандрами» пишет о том, как какая-то японская газета опубликовала о саламандрах сверхсенсационную статью… «в которой говорилось буквально следующее…». После двоеточия приведены два абзаца японских иероглифов.

Не в положении ли чапековского читателя оказались биологи? В конце концов права, права оказалась всезнающая барышня: ДНК действительно носитель наследственной информации, инструкция, определяющая все процессы жизнедеятельности. И каждая клетка может копировать эту инструкцию: парный комплект, репликация и тому подобное… Только прочесть-то по-прежнему ничего нельзя!