Станислав Галактионов - Беседы о жизни

Несколько полушутливых строчек, предваряющих каждую главу нашего повествования, уже стали, как нам кажется, своеобразной традицией: хорошей или дурной — судить читателю. Но, честное слово, готовясь к рассказу о функциональной роли белковых молекул в основных жизненных процессах, поневоле сбиваешься на высокоторжественный и даже патетический слог, более подходящий для выступления на юбилейных торжествах, чем для «оживления» сухого, в сущности, околонаучного трактата.

Так что на этот раз придется обойтись без привычного зубоскальства, неуместного в столь ответственный момент перехода к святая святых естествознания — жизни.

В другой ситуации такой заголовок показался бы слишком выспренным, но читатель, предупрежденный о недопустимости всяких ухмылок, наверняка поймет нас правильно. И это несмотря на то, что пока мы рассмотрели только один аспект деятельности белковых молекул в организме — ферментативный катализ.

Называя именно этот аспект наиболее важным, мы, вне сомнения, понимаем всю условность такого утверждения. Зачем же противопоставлять ферменты, скажем, сократительным белкам, от которых зависит подвижность наших мышц? Нет, конечно, умолчание о многих функциях белков в организме диктуется вовсе не «второстепенностью» этих функций, а исключительно особенностями структуры настоящей книги. И все же мы должны хотя бы вкратце остановиться на роли белков в процессах самосборки надмолекулярных структур клетки.

Простейший пример «самособирающегося» надмолекулярного комплекса — четвертичная структура белка — уже был нами вскользь описан. Но благодаря белкам специфической пространственной структуры оказывается возможным самопроизвольное формирование многих, гораздо более сложных структур — элементов клетки. При этом в структуры такого типа наряду с молекулами белков вовлекаются также и соединения иной природы.

Так, белки в сочетании с РНК особого сорта образуют надмолекулярные частицы — рибосомы, играющие первостепенную роль в процессе биосинтеза белковых молекул на матричной РНК. Другие белки совместно с соединениями жировой природы, липидами, самопроизвольно формируют на поверхности клеток мембраны — тончайшие образования, регулирующие материальный обмен клетки с наружной средой.

И все эти и другие сложнейшие структуры целиком определяются и удерживаются невалентными межмолекулярными взаимодействиями, причем образуются они, повторяем, самопроизвольно. Этот факт можно объяснить только способностью белковых молекул принимать в растворе строго определенную пространственную форму, что, как видим, оказывается определяющим фактором также и для процесса самосборки.

С большим трудом удерживаются авторы от триумфального восклицания: «А мы что говорили?!» И в самом деле, слова о том, что именно в пространственном строении молекул белков следует искать объяснение почти всех их удивительных свойств, оказались без малого пророческими. Читатель имел возможность убедиться в их правоте: избирательность ферментов, их стереоспецифичность, быстродействие в качестве катализаторов, способность упорядочить запутаннейшие цепи химических реакций в организме, участие молекул белков в самосборке надмолекулярных структур — все это прочно связано с представлением о третичной структуре белков — соединений, удивительнейших во всех отношениях.

И в самом деле, даже если ограничиться лишь двумя функциями белка — ферментативной и структурообразовательной, — поражаешься разнообразию возможностей белков. Подумать только: комбинируя в линейной последовательности двадцать аминокислотных остатков, природе удается «получить» ферменты, контролирующие тысячи химических реакций самой разнообразной природы или блоки надмолекулярных структур (подчас очень причудливых), число которых и вовсе уж не поддается оценке.

Именно белки являются тем удивительно пластичным инструментом и материалом одновременно, обеспечивающим существование и функционирование всех живых структур любого организма. Ведь даже когда основная масса организма образована веществами небелковой природы, как, например, у большинства растений, собственно жизненные процессы протекают лишь в тех структурах, где содержится много белка. Ибо в древесине, пробке, оболочке взрослой растительной клетки практически никаких процессов обмена веществ не происходит, это мертвые образования, выполняющие чисто механические функции. А функциональной основой жизни, обусловливающей всякое активное ее проявление, всегда оказываются белки.

И однако, будем справедливыми. В одной из важнейших функций всякого живого организма белковым молекулам верно и очень изобретательно ассистируют также и молекулы другого важнейшего класса биополимеров. Ибо, как справедливо отметил один известный биохимик, белки могут все, кроме одного: они не могут копировать самих себя.

Наше возвращение к нуклеиновым кислотам вызвано вовсе не тем, что авторские пристрастия вдруг изменились и белки перестали ходить у нас в любимчиках. Просто для дальнейшего прославления роли белков в жизненных процессах нам необходимо познакомиться со схемой их синтеза, и здесь никак не обойтись без деталей некоторых молекулярных механизмов, где первостепенную роль играют молекулы РНК и ДНК. В первой главе об этих процессах — самокопировании молекул ДНК, размножении РНК-овых копий, синтезе белка — уже шла речь, но тогда мы вынуждены были обойтись чисто формальным, символическим их описанием (пусть даже и хореографическим). Теперь же, вооруженные запасом необходимых сведений о молекулярных структурах и взаимодействиях, мы готовы заново рассмотреть и молекулы нуклеиновых кислот, и процессы их воспроизведения.

Итак, прежде всего о структуре комплементарных парных комплексов молекул ДНК, о которых шла речь в начале книги. Комплементарные пары оснований, напоминаем, образуют аденин с цитозином и гуанин с тимином. Аденин и гуанин относятся к числу так называемых пуриновых оснований; эти основания представляют собой два сочлененных цикла — шестичленный и пятичленный, образующих одну плоскость. Два других основания, цитозин и тимин — пиримидиновые, содержат только шестичленный цикл. Таким образом, схема соединения оснований такова, что большое основание образует комплементарную пару с малым, но никогда — большое с большим или малое с малым. На вопрос же о том, почему большой гуанин объединяется именно с малым цитозином, но не с малым тимином, также ответить сравнительно легко. При сближении определенным образом ориентированных ароматических колец гуанина и цитозина между ними возникают три водородные связи, причем группы, участвующие в их образовании, хорошо соответствуют друг другу. При сближении аденина и тимина также появляются водородные связи, но только две. А вот между аденином и цитозином водородные связи либо не образуются вовсе, либо, если и возникают, то очень слабые.