Феликс Филатов - КЛЕЙМО СОЗДАТЕЛЯ. Гипотеза происхождения жизни на Земле.

Двенадцать кодируемых продуктов относятся к группе вырожденности II; в этой группе третье основание – одно из двух (а не из четырех , как в предыдущем случае): это пурин ( R ), то есть, либо аденин, А , либо гуанин, G , - или пиримидин ( Y ), то есть, либо цитозин, С , либо тимидин, Т . К этой группе относятся три аминокислоты, знакомые нам по четвертой группе вырожденности, - аргинин, лейцин и серин, но кодируемые здесь другими дублетами, две пары – аспарагин/аспарагиновая кислота ( N/ D), и глутамин/глутаминовая кислота ( Q/E), а также гистидин, H, лизин, K, и тирозин, Y. Универсальный генетический код относит к этой группе также цистеин, С, с его двумя кодирующими триплетами – TGC и TGT , то есть, с третьим пиримидином, а также три стоп-кодона, TAG , TAA и TGA , которые работают только как пунктуационные знаки, фиксирующие окончание гена, но не кодирующие никакой аминокислоты. Обобщенный кодон для аминокислот этой группы, например, аспарагина, записывается так: AAY , а аспарагиновой кислоты - GAR .

Наконец, группа вырожденности IIIсодержит изолейцин, кодируемый тремя триплетами ATA , ATC и ATT . Основания А , С и Т , третьи в кодонах для I, имеют общий символ Н , поэтому обобщенный изолейциновый кодон записывается так: АТН . Все эти особенности кода хорошо иллюстрирует приведенная выше его таблица.

Любопытно, что молекулярная масса кодируемой аминокислоты находится в обратной зависимости от номера группы вырожденности, к которой она относится. Это первое, отмечаемое здесь, свидетельство очевидной причастности молекулярной массы компонентов генетического кода к его рациональной организации.

В приведенной табличке упорядоченность по нарастанию молекулярной массы относится к аминокислотам в составе упорядоченных по номерам групп вырожденности (римские цифры), сгруппированным в два октета (арабские цифры). При этом позиция цистеина Сскорректирована, о чем речь будет идти в следующей главе; там же мы расскажем и об октетах.

Возвращаясь к выбору именно двадцати аминокислот для кодирования, стоит отметить еще одно интересное обстоятельство: этот выбор мог определяться также квантовой теорией информации, которая предлагает оптимальный алгоритм (алгоритм Гровера) упаковки и чтения информационного содержания ДНК (АпурваПатель, 2001). Такой алгоритм определяет число объектов N , различаемое числом ответов да/нет на вопросы Q , следующим образом:

(2 Q + 1) sin -1(1 / √ N ) = π /2.

Решения этого уравнения для малых значений Q весьма характерны:

Q = 1ln N = 4.0

Q = 2 ln N = 10.5

Q = 3ln N = 20.2.

Теоретически эти значения не обязательно должны быть целыми числами. Любопытно, что в первом приближении они соответствуют последовательности тетраэдрических чисел, а также эволюции функционального размера кодона от синглетного к триплетному. Другими словами, тетраэдр также можно построить из десяти и из четырех мономеров; эти числа и отмечены в решениях приведенного уравнения. Позднее мы покажем, что комбинация размерных параметров аминокислот и нуклеотидов, базирующаяся на предложенных нами правилах, приводит к пространственному равновесию тетраэдра из двадцати мономеров, соответствующих этим аминокислотам. Здесь же стоит, пожалуй, вспомнить актуальные до сих пор слова Вёзе (1973): “ Представляется почти жестокой шуткой, что Природа выбрала такое число [ кодируемых ] аминокислот, какое легко получается в результате множества математических операций ”. Но, так или иначе, двадцати альфа-аминокислот (из сотен, встречающихся в природе) оказалось довольно для обеспечения необходимого разнообразия белков.

.....................

Число 496 , которым обозначена эта глава, интересно тем, что оно относится к классу так называемых совершенных чисел , и это единственное трехзначное совершенное число. Совершенным называют натуральное число, равное сумме всех своих собственных делителей (т. е. всех положительных делителей, отличных от самого́ числа). Сумма всех делителей числа 496 , то есть, 1+2+4+8+16+31+62+124+248, равна ему самому. Мы вспомнили о совершенных числах и отмечаем уникальность именно этого числа, потому что оно, во-первых, трехзначно — как трехзначны кодирующие элементы, о которых мы говорим, а во-вторых, как и все предыдущие упомянутые здесь числа, оно — случайно или нет — характеризует один из формальных параметров генетического кода, о которых мы будем говорить дальше. Терпение читателя небезгранично, и Автор вспоминает в связи с этим выдержку из письма одного из читателей известному популяризатору математики Мартину Гарднеру: Перестаньте отыскивать интересные числа! Оставьте для интереса хотя бы одно неинтересное число ! Но соблазн велик, и трудно удержаться.

Первым, кто попытался упорядочить таблицу генетического кода и построить ее на рациональной основе, был наш выдающийся ученый Юрий Борисович Румер. Он был физиком, учеником Макса Борна, хорошо знал Альберта Эйнштейна, Пауля Эренфеста, Эрвина Шредингера, был другом Льва Ландау. Читал лекции в Московском университете, работал в ФИАНе. Само собой, очередная российская власть (большую часть ХХ века — советская) привычно обошлась с крупным ученым, сунув его в 1938г в лагерь, а потом в авиационную шарашку, где он работал с Туполевым, Королевым, Мясищевым, Петляковым, Глушко, Бартини, Карлом Сциллардом, братом упоминавшегося выше Лео; каждый незауряден. Ольга и Сергей Бузиновские [55]показывают целую вереницу выдающихся людей, которая незримо тянется за именем Румера — от Понтекорво до Ферми и Александра Грина, от Флерова до Сент-Экзюпери и Алексея Толстого, от Бартини до Ильфа и Петрова...

...В 1953г Румер был реабилитирован, потом работал в Академгородке под Новосибирском. Как только Ниренберг с соавторами опубликовали в 1965г полный словарь генетического кода, Румер немедленно погрузился в эту тематику. В том же году он писал: « Рассмотрение группы кодонов, относящихся к одной и той же аминокислоте, показывает, что в каждом кодоне (XYZ) целесообразно отделить двухбуквенный корень /XY/ от окончания /Z/. Тогда каждой аминокислоте, в общем случае, будет соответствовать один определенный корень, а вырожденность кода является следствием изменения окончания ». Шестнадцать возможных корней он разбил на два октета (с заменой тимина Т на урацил U для РНК):