Мария Кондратова - Кривое зеркало жизни. Главные мифы о раке, и что современная наука думает о них

У ДНК и РНК мономерами являются органические молекулы — нуклеотиды, у белков — другие органические молекулы, аминокислоты (а точнее, аминокислотные остатки). Любой линейный полимер можно описать через последовательность составляющих его мономеров. Например: аланин — глицин — пролин — тирозин — аланин — серин (другая форма записи — AGPYAS) — это описание фрагмента белка. Порядок соединения аминокислотных остатков определяет, какую структуру будет иметь белок и какую функцию станет выполнять. Гены и молекулы РНК, в свою очередь, различаются нуклеотидными последовательностями.

Биополимеры можно сравнивать между собой и давать количественную оценку степени их сходства (или различия). Например, последовательности ААААC и ATAAC различаются между собой всего на одну букву (нуклеотид) из пяти, таким образом степень гомологии (сходства) этих двух полинуклеотидов составляет 80 %. Сопоставляя последовательности генов различных организмов, ученые получают данные о степени их родства. Чем больше сходство геномов, тем более близкими родственниками являются виды. При изучении раковых опухолей ученые таким же образом сравнивают ДНК раковых клеток и здоровых. Это помогает им обнаружить генетические причины болезни, подробнее о которых будет сказано дальше.

Аналогичный анализ позволяет делать обоснованные предположения о структуре и функциях малоизученных белков путем сопоставления их с хорошо изученными макромолекулами. Белки, у которых последовательности демонстрируют высокую степень гомологии (50 % и выше), как правило, обладают схожей структурой и свойствами.

Белки — главные «рабочие лошадки» живой клетки. В состав белков человеческого тела входит всего 20 аминокислот с различными свойствами — маленькие и массивные, «кислые» и «щелочные», водорастворимые и «жирные», но количество возможных трехмерных структур, которые можно построить из них, огромно. Это чем-то похоже на конструктор «Лего» — из небольшого количества базовых элементов можно создавать очень разные, непохожие друг на друга конструкции.

Множеству белковых структур соответствует невероятное разнообразие их функций в человеческом теле. Белки обеспечивают транспорт и движение, участвуют в процессах размножения и дыхания, защищают наш организм от инфекций и позволяют различать свет и тьму. Собственно, все основные задачи в живой клетке решаются белками. Все, кроме одной. Белки не способны к самовоспроизводству. Эта «умная» молекула не может сама себя синтезировать. Для производства белков нужны специальные молекулярные инструкции (записанные в ДНК) и особые молекулярные «синтезаторы» небелковой природы — рибосомы (основой которых является РНК), способные синтезировать белки, используя «инструкцию», написанную на другом, нуклеотидном, языке.

ФАКТ:Фридрих Энгельс был прав — жизнь действительно есть «форма существования белковых тел»!

Три главных типа биополимеров — ДНК, РНК и белки — существуют в организме не обособленно. Они связаны между собой отношением, которое великий ученый Фрэнсис Крик назвал «основной догмой молекулярной биологии». Суть «догмы» в том, что генетическая информация в клетке хранится в виде последовательности молекулы ДНК, а реализуется в виде последовательности белка, причем посредником в процессе переноса информации является молекула РНК. Процесс перекодирования нуклеотидной последовательности в аминокислотную происходит на специальных молекулярных машинах — рибосомах.

Используя нестрогую компьютерную аналогию, ДНК можно сравнить с программой, написанной на одном из языков программирования высокого уровня (например, С++). Аппарат трансляции, включающий в себя разнообразные РНК, работает как компилятор, переводящий (транслирующий) эту программу в машинный код, понятный компьютеру. А белок можно уподобить исполняемому файлу игры, получившейся на выходе. Если не знать о принципах компилирования, обнаружить какую-либо связь между исходным текстом программы и итоговым EХЕ-файлом практически невозможно. Именно поэтому ученые так долго не могли заметить взаимосвязь между ДНК и белками.

Другой, более бытовой, аналогией может быть связь между рецептом пирога (ДНК) и собственно пирогом (белком). Превращение информации, торопливо записанной на клочке бумаги, в праздничное блюдо происходит благодаря умелым рукам кулинара (рибосомы), который в нужной последовательности соединяет необходимые ингредиенты. Но для человека, не знакомого с письменностью, взаимосвязь между кусочком бумаги и лакомством будет выглядеть как загадка, а может быть, и колдовство.

Кусок ДНК, который кодирует последовательность того или иного белка, называется «ген». Совокупность генов в организме формирует его геном. Это первое — и очень приблизительное — определение молекулярных основ живого, которое постепенно будет уточнено (и усложнено).

Правила, устанавливающие соответствие между последовательностью ДНК и последовательностью белка, которую кодирует данный ген, называются генетическим кодом. Генетический код в основных чертах един для всех живых существ на Земле, и редкие отступления от него у некоторых бактерий и одноклеточных представляют собой исключения, лишь подтверждающие правило. Единство генетического кода является основным доказательством общего происхождения всех форм жизни, известных нам на сегодняшний день.

Генетический код триплетен. Это означает, что одна аминокислота в составе белка кодируется тремя нуклеотидами в составе ДНК. (Аналогично слова «три» и «два», по три буквы в каждом, кодируют в русском языке информацию о цифрах «3» и «2».) Четыре нуклеотида ДНК способны составить 64 триплетных кодона — основных «слов» генетического алфавита. Большая часть этих кодонов кодирует аминокислоты. Причем, поскольку аминокислот всего 20, это значит, что некоторые аминокислоты кодирует несколько разных кодонов, подобно тому как в естественном языке слова-синонимы могут обозначать один и тот же предмет. Это свойство генетического кода, когда несколько кодонов соответствуют одной и той же аминокислоте, называется вырожденностью. Три кодона из 64 не кодируют никаких аминокислот. Это так называемые стоп-кодоны. Их функция — в нужный момент прекращать синтез белка. Стоп-кодон в конце последовательности, кодирующей белок, играет ту же роль, что и точка в конце предложения в человеческих языках.