Владимир Фурсов - Три тайны жизни

Чтобы не дать реакции свернуть с заданного пути, необходимо закрыть на время осуществления реакции все реактивноспособные группировки аминокислот, кроме одной, присоединив к ней так называемые защитные группировки. Если этого не сделать, то цепь будет расти не только с обоих концов, но и в бок и аминокислоты уже не удастся соединить в заданной последовательности. А это значит, что не получится белковая молекула с определенными свойствами. Ученые нашли выход из положения: стали применять вещества, защищающие боковые реактивноспособные группировки от нежелательных реакций. Но существующие методы еще далеко не совершенны. Чтобы получить инсулин, необходимый больным диабетом, состоящий из пятидесяти одной аминокислоты, химикам потребовалось около трех лет напряженной работы, при этом было произведено двести двадцать три реакции, а желаемого вещества они получили лишь сотую долю процента. Но упорный труд ученых увенчался уже некоторым успехом. Большие достижения на пути синтеза белка получены советскими учеными.

Искусственное получение белка имеет первостепенное значение в проблеме создания синтетической белковой пищи для человечества и сельскохозяйственных животных. Это даст возможность получения всех необходимых при составлении пищевых рационов аминокислот, более дешевых, чем естественные белки.

Нужный белок можно получить с помощью живых организмов. Это один из более доступных способов синтеза необходимых белков. Неоценимую услугу в разрешении этой проблемы оказали одноклеточные организмы. В настоящее время уже начато промышленное получение белков микробиологическим путем. Все микроорганизмы имеют белковую плазму, и многие из них можно употреблять в пищу. Широко известны кормовые дрожжи, выращиваемые на сахаристых отходах сельского хозяйства. Имеются также многие виды микроорганизмов, развивающихся на углеводородах. Существуют микробы — пожиратели метана, парафинов и т. д. Французский ученый Шампанья предложил выращивать кормовые дрожжи на фракциях нефти и применять полученные таким образом белки в пищевом рационе, в частности в кондитерском производстве.

В протоплазме клеток, кроме белков, углеводов и жиров, содержится еще одно очень сложное органическое вещество. Его впервые выделил ученый Мишер еще в 1870 году из ядер клеток и поэтому назвал нуклеиновой кислотой (нуклес — ядро). Несколько позже нуклеиновую кислоту обнаружили и в цитоплазме клеток. Многие десятилетия на эти кислоты ученые не обращали серьезного внимания. Только в пятидесятые годы нашего века нуклеиновые кислоты стали изучать комплексными современными методами.

Нуклеиновые кислоты, как и белки, очень сложно устроены. Их молекулярный вес бывает значительно больше, чем у самых сложных белков. Недавно была обнаружена нуклеиновая кислота, молекулярный вес которой составлял более миллиарда, а длина такой молекулы достигает 50–60 миллимикрон. Обычно длина молекулы нуклеиновых кислот составляет около 5 миллимикрон, тогда как самые крупные белковые молекулы имеют молекулярный вес от нескольких сот тысяч до десяти миллионов, а длина их составляет десятые доли миллимикрона (0,1–0,2).

В настоящее время выделено и изучено два вида нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (сокращенно РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК) [9] Латинская приставка «де», или «дес», означает «лишать». .

Две полинуклеотидные цепи с парами оснований, связанных водородными мостиками в молекуле ДНК.

Кислоты эти состоят из отдельных звеньев, или мономеров. У белков такими звеньями являются аминокислоты, а у нуклеиновых кислот — нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входят азотистые основания — пиримидиновые и пуриновые, остатки фосфорной кислоты (фосфат) и сахара. В состав азотистых оснований входят четыре вещества: аденин, цитозин, гуанин, тимин. Но обе нуклеиновые кислоты различаются между собой по сложности строения, молекулярному весу и химическому составу. Рибонуклеиновая кислота имеет две химические особенности: во-первых, вместо азотистого основания тимина в нуклеотиды РНК входит урацил, а углевод пентоза (дезоксирибоза С 5Н 10О 4) заменен в РНК на рибозу (С 5Н 10О 5), которая содержит на один атом кислорода больше. Молекулярный вес ДНК, как правило, больше, чем у РНК.

Подобно аминокислотам в белковой молекуле нуклеотиды способны образовывать длинные цепи, соединяясь друг с другом в любой последовательности. Особенно длинные цепочки образуют нуклеотиды ДНК.

Наиболее крупные молекулы ДНК можно видеть в электронный микроскоп. Но чтобы изучить их внутреннюю структуру, потребовалась огромная изобретательность. Только с помощью специальных физических методов рентгено-структурного анализа в сочетании с теоретическими исследованиями удалось определить внутреннюю структуру молекулы ДНК.

По внешнему виду молекулы ДНК представляют собой свитую двойную спиральную цепочку. В общем она напоминает винтовую лестницу. Каждая «ступенька» этой своеобразной лестницы образована двумя азотистыми основаниями, соединенными между собой водородной связью. «Перилами» же этой лестницы служат цепочки из чередующихся атомных групп фосфорной кислоты и сахаров — дезоксирибоз.

Исследования показали, что «ступеньки» молекулярной лестницы ДНК соединяются между собой атомом водорода в строго определенных комбинациях. Оказалось, что основания аденин и гуанин имеют длину по двенадцать ангстрем (ангстрем — десятимиллионная доля миллиметра), а тимин и цитозин немного короче — по восемь ангстрем. Расстояние между «перилами» цепи повсюду одинаково и равно двадцати ангстрем. Это означает, что одно из оснований любой «ступеньки» должно быть большим, а другое меньшим, то есть возможны только вполне определенные комбинации оснований. Они таковы: аденин — тимин и гуанин — цитозин; или перевернутые: тимин — аденин и цитозин — гуанин. Только в таких комбинациях и встречаются азотистые основания в двойных молекулах ДНК. Если удалить одно из оснований в молекуле, то его место должно занять тоже основание, так как никакое другое не подойдет либо по геометрическим размерам, либо по способности к образованию химической связи.

При определенных условиях молекулы ДНК могут разворачиваться и раздваиваться вдоль оси на две совершенно одинаковые (комплементарные) части. Расщепление цепи молекулы ДНК происходит по водородной связи. Если поместить образовавшиеся половинки молекулы ДНК в химическую среду, где в большом количестве содержатся различные нуклеотиды, и создать соответствующие условия, то они автоматически достраиваются до полных молекул и, стало быть, из двух половинок исходной молекулы образуется две новых молекулы ДНК. Причем эти «дочерние» молекулы будут полностью скопированы с «материнской», так как место каждого азотистого основания, а следовательно и всего нуклеотида, строго обусловлено.