На следующем рисунке (среднем на стр. 75) на изображение рукотворного механизма для наглядности наложено изображение белковых молекул, увеличенное в миллионы раз. В такой белково-металлической «машине» легко представить себе, как белок 1, поворачиваясь, заставляет вращаться белок 2, а тот, в свою очередь, белок 3.
Осмыслив такую возможность, переведите теперь взгляд на третий рисунок (нижний на стр. 75), где уже нет никаких рукотворных деталей. Прошу! Перед вами – белковая «машина», один из тысяч возможных белковых агрегатов, входящих в состав живой клетки!
Белки цитоплазмы, благодаря совместному действию которых осуществляются различные физиологические функции, группируются в особые агрегаты, называемые каскадами, или биохимическими путями. Эти агрегаты классифицируются по их функциям – например дыхательные каскады, пищеварительные каскады, каскады мышечных сокращений и печально известный энергопроизводящий цикл Кребса – это подлинное бедствие для некоторых студентов, которым приходится запоминать все фигурирующие в нем белковые компоненты и сложные химические реакции.
Можете ли вы себе представить, в какой восторг пришли биологи, когда разобрались в работе белковых машин? В клетке эти механизмы используются для осуществления различных метаболических и поведенческих функций. Периодические движения меняющих свою форму белков, повторяющиеся с частотой нескольких тысяч раз в секунду, – вот что движет жизнью.
Первенство ДНК
Вы, вероятно, заметили, что в предыдущем параграфе я ни слова не сказал о ДНК. Это объясняется тем, что движение, которое обусловливает различные формы жизнедеятельности, порождает отнюдь не ДНК, а изменение электрической заряженности белков. Откуда же взялось это широко распространенное и часто озвучиваемое представление о том, что гены «управляют» всем живым? Дарвин в «Происхождении видов» предположил, что «наследственные» факторы передаются из поколения в поколение, тем самым определяя разнообразные признаки у потомков. Авторитет Дарвина был настолько велик, что ученые, забыв обо всем, бросили все свои силы на поиск этой самой «управляющей» наследственной материи.
В 1910 г. путем тщательных микроскопических исследований удалось установить, что передающаяся из поколения в поколение наследственная информация заключена в хромосомах – нитевидных структурах, которые становятся видны в клетке непосредственно перед тем, как она разделится на две «дочерних» клетки. Хромосомы встроены в самую большую органеллу дочерней клетки – ядро. Изолировав ядро, ученые проникли внутрь хромосом и обнаружили, что наследственные элементы, по существу, состоят всего из двух типов молекул – белка и ДНК. Белковые механизмы живого каким-то образом были задействованы в структуре и функции этих хромосомных молекул.
Функция хромосом еще более прояснилась в 1944 г., ко гда ученые определили, что наследственная информация содержится именно в ДНК. Эксперименты, позволившие сделать этот вывод, были чрезвычайно изящными. Исследователи выделили чистую ДНК у одного вида бактерий – назовем его видом А, и добавили к культуре, содержащей только бактерии вида Б. Очень скоро у бактерий вида Б стали проявляться наследственные признаки, ранее свойственные только виду А. И с тех пор, как стало известно, что для передачи наследственных признаков не нужно ничего, кроме ДНК, эта молекула и заняла в науке столь выдающееся место.
Оставалось только определить структуру этой молекулы. С этой задачей справились Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик. Молекулы ДНК оказались длинными нитевидными цепочками, составленными из азотсодержащих химических соединений четырех видов – так называемых оснований (аденина, тимина, цитозина и гуанина – A, T, C и G). Открытие Уотсона и Крика привело их к выводу, что последовательность оснований в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в остове молекулы белка. Длинная цепочка ДНК может быть разбита на отдельные гены – участки, служащие шаблоном для синтеза конкретных белков. Код воспроизводства белковых механизмов клетки был найден!
Уотсон и Крик объяснили также, почему ДНК – это идеальная молекула для передачи наследственности. В обычном состоянии каждая нить ДНК переплетается с еще одной нитью, образуя свободно свернутую конфигурацию, известную под названием «двойной спирали». Гениальность такой системы в том, что последовательности оснований в обеих нитях ДНК являются зеркальными отражениями друг друга. Когда нити ДНК расплетаются, каждая из них содержит информацию, необходимую для воспроизводства точной, комплементарной копии самой себя. Таким образом, путем разъединения нитей двойной спирали, молекулы ДНК становятся самокопирующимися. Это наблюдение и привело к выводу, что ДНК сама управляет своим воспроизводством, – что она сама себе «хозяйка».
Предположение о том, что ДНК управляет собственным воспроизводством, а также несет в себе программу выработки белков того или иного организма, привело Френсиса Крика к формулированию Центральной Догмы биологии – догмы о главенствующей роли ДНК. Эта догма настолько фундаментальна для современной биологии, что едва ли не высечена на скрижалях, подобно Десяти заповедям. Положение о «Первенстве ДНК» красной нитью проходит сквозь все научные тексты.
В картине развертывания жизни, согласно этой Догме, ступенькой ниже величественно восседающей на вершине ДНК, располагается РНК – короткоживущая «ксерокопия» ДНК. Именно она служит физическим шаблоном для кодирования аминокислотной последовательности в остове белковой молекулы. Схема, в которой ДНК отводится ведущее место, определяет логику века генетического детерминизма. Коль скоро облик живого организма определяется характером его белков, а его белки кодируются ДНК, именно последняя должна считаться «первопричиной» тех или иных черт организма.
Предположение Центральной Догмы об одностороннем потоке информации от ДНК к РНК и к белку имеет огромное значение. Поскольку белки представляют собой физические тела, Догма подразумевает, что ваше тело и ваш жизненный опыт не могут отправить информацию назад и изменить ДНК. Согласно Догме, она контролирует вашу жизнь, и вы не можете влиять на свою ДНК!
Проект «Геном человека»
После того как ДНК получила свой статус Суперзвезды, ученым осталось только составить каталог всех генетических звезд человеческого небосклона. Именно это составляло задачу проекта «Геном человека» – начатого в 1980-х гг. глобального научного предприятия по созданию перечня всех человеческих генов.
С самых первых дней проект «Геном человека» отличался чрезвычайной амбициозностью. Было принято считать, что организму необходимо по одному гену для программирования синтеза каждого из более чем 100 тысяч составляющих его белков. Добавьте сюда по меньшей мере 20 тысяч регуляторных генов, необходимых для согласования деятельности кодирующих генов. Поэтому ученые пришли к выводу, что человеческий геном должен содержать как минимум 120 тысяч генов, заключенных в 23 парах человеческих хромосом.
Но это только присказка. Сказка в том, что природа приготовилась сыграть шутку космического масштаба – одну из тех, которые она так любит делать с учеными, решившими проникнуть в тайны Вселенной. Вспомните, какое воздействие на умы оказало опубликованное в 1543 г. открытие Николая Коперника, что Земля, вопреки представлениям тогдашних полуученых-полубогословов, отнюдь не центр мира. То, что Земля обращается вокруг Солнца, которое также не является центром Вселенной, подорвало основы христианского учения. Заставив людей усомниться в непогрешимости Церкви, революционное открытие Коперника фактически ознаменовало собой начало современной науки, которая в итоге положила конец роли Церкви как единственного для западной цивилизации источника познания тайн мира.
