Для того, чтобы сохранить любую инфор­мацию, нужно иметь какой-нибудь носитель и язык, которым она будет записана. Так, ин­формация, содержащаяся в этой книге, запи­сана на бумаге (это — носитель) с помощью русского языка, включающего, как известно 36 различных символов, или букв. Буквы складываются в слова, слова — в предложе­ния, из отдельных предложений составляют­ся абзацы, главы и, в конце концов, вся кни­га. Очевидно, что подобным способом должна храниться и наследственная информация.

Роль бумаги в этом случае выполняют огром­ные молекулы дезоксирибонуклеиновой кис­лоты — ДНК. Давайте попробуем разобрать­ся, что же выполняет роль алфавита в моле­кулах ДНК. 

Мы уже знаем, что молекулы ДНК — это очень длинные цепочки, состоя­щие из отдельных звеньев — нуклеотидов. Все нуклеотиды очень похожи друг на друга, различаются они только азотистыми основа­ниями, которых может быть четыре вида — А, Т, Г или Ц. Может быть, это и есть «бук­вы» генетического алфа­вита? Первоначально та­кое предположение каза­лось невероятным: как с помощью всего четырех букв может быть записана информация о всех при­знаках такого сложнейшего организма, как орга­низм человека? Наверное, все возможные пе­рестановки четырех букв скоро окажутся ис­черпанными, и начнется повторение уже из­вестных комбинаций.

Но простой расчет показывает, что такие опасения беспочвенны. Всем известно, что со­чинение любого объема вовсе не обязательно передавать тридцатью шестью буквами рус­ского алфавита: с тем же успехом его можно записать всего двумя «буквами» азбуки Мор­зе — точкой и тире. Поэтому короткий «ал­фавит» ДНК — это не помеха, а, скорее, пре­имущество. Недаром же многие изобретения человека в области хранения и передачи ин­формации тоже используют короткие алфави­ты: в телеграфе это точка и тире, в компью­терной технике — ноль и единица.

Остается узнать, хватит ли того набора букв, который есть в ДНК, для того, чтобы со­ставить нужное число неповторяющихся «слов». Например, чтобы передать энцикло­педию по телеграфу, можно использовать столько точек и тире, сколько потребуется.

А длина ДНК у каждого организма (то есть число нуклеотидов, входящих в цепочку) строго постоянна. Но опасение это отпало, как только удалось «взвесить» ДНК. Оказа­лось, что в цепочке может уместиться от не­скольких десятков тысяч пар нуклеотидов у самых просто устроенных организмов (таких, как бактерии) до сотен миллионов и даже миллиардов пар у высших организмов. Тако­го «запаса памяти» хватит с избытком. Аме­риканский физик Джордж Гамов подсчитал даже возможное число перестановок, которое можно получить из такого количества четы­рех разных типов нуклеотидов: получившая­ся цифра превышала число атомов в Солнеч­ной системе!

Итак, достаточно всего четырех букв, что­бы «закодировать» все разнообразие призна­ков организма. Но, как известно, знать буквы языка — это еще не знать сам язык. Ведь все знают, что азбука Морзе состоит из точки и тире, но очень немногие умеют ей пользовать­ся. Прежде всего, нужно ответить на вопрос: а что конкретно «записано» в молекуле ДНК, какая информация содержится в этой удиви­тельной молекуле? Ученые долго искали от­вет на этот вопрос, пока не было точно уста­новлено, что наследственная информация — это информация о структуре молекул белка.

Как и нуклеиновые кислоты, белки — это длинные цепочки, состоящие из отдельных звеньев, которые называются аминокислота­ми. Молекула белка содержит обычно от не­скольких десятков до нескольких сотен таких частиц. Их чередование у каждой молекулы белка строго постоянно. Хотя химикам изве­стно несколько сотен различных аминокис­лот, в природных белках встречается только

двадцать из них. Белки выполняют множество важных задач, даже одно перечисление ко­торых заняло бы довольно много места. Пере­числим лишь некоторые «профессии» белко­вых молекул, белки-ферменты помогают про­теканию химических реакций (или, как гово­рят химики, служат их катализаторами), без их участия не обходится ни один жизненно важный процесс. Так, все вы слышали про пи­щеварительные ферменты, которые выделя­ются в нашем желудке и кишечнике и прини­мают участие в переваривании пищи. Не ме­нее важна роль транспортных белков, или белков-переносчиков. Самый известный их представитель — гемоглобин, переносящий кислород от легких к органам. 

Строительные белки образуют прочный и одновременно гиб­кий каркас наших тканей белок коллаген вы­полняет эту задачу в коже, а остеин — в кос­тях. Сокращение мускулатуры становится возможным лишь благодаря согласованно!: работе двух сократительных белков — акти­на и миозина. Несколько особняком стоят белки-гормоны. Они выделяются в кровь в очень небольшом количестве, но при этом умудряются контролировать огромное число жизненно важных процессов. Один из них, называемый гормоном роста, контролирует скорость роста организмов: избыток гормона в крови — и человек вырастает гигантом в два с лишним метра, недостаток — карликом-лилипутом. Другой известный всем белковый гормон — инсулин — отвечает за содержание сахара в крови: его нехватка вызывает тяже­лейшее заболевание — сахарный диабет.

Но давайте вернемся к языку наследствен­ности. Если белковые молекулы — это цепоч­ки из аминокислот, значит, вполне логично, что в молекуле ДНК «закодирован» порядок чередования аминокислот в белковых молеку­лах. Но как? Ведь нуклеотидов всего четыре, а аминокислот — целых двадцать! Еще в 1952 го­ду американский биохимик Александр Доунс предположил, что каждая аминокислота коди­руется не одним, а сразу тремя нуклеотидами. Два года спустя все тот же Джордж Гамов под­твердил это предположение. Если брать по три основания, то получается 64 возможных соче­тания нуклеотидов (сочетание из трех нуклео­тидов ученые называют триплетом или кодоном), чего с избытком хватает для кодирова­ния 20 аминокислот. Более того, многие ами­нокислоты кодируются сразу несколькими разными триплетами. Интересно, что в генети­ческом языке есть и свои знаки препинания (а вернее, точки) — целых три триплета не ко­дируют ни одной аминокислоты, а обозначают конец записи об одном белке.

И, наконец, самое замечательное свойство генетического языка — он одинаковый у всех обитающих на Земле живых организмов от бактерий и вирусов до человека, не имеет ни наречий, ни диалектов. Можно ли найти луч­шее доказательство единства происхождения жизни на нашей планете?

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru