Знание – сила 2000 05-06

Правда, системы, построенные на таких принципах «коллективного разума», вряд ли смогут справиться с нестандартными проблемами. С другой стороны, выглядят очень впечатляюще картины, которые рисуют некоторые специалисты, когда в результате соединения многочисленных небольших и недорогих устройств рождается решение той или иной проблемы.

По материалам зарубежной печати подготовил Никита Максимов.

Обзор новейших открытий в молекулярной биологии автор построил так, чтобы осветить общие проблемы развития жизни на планете: родства всех организмов, добычи и транспорта энергии, симбиоза и образования высших форм.

Игорь Лалаянц

Все войны ведутся за энергию… Эта мысль приходит в голову автору, писавшему данные строки под грохот натовской канонады в Сербии и Косово. На фоне этого постоянного апрельско-майского рефрена радио сообщило об удивительном открытии, сделанном в глубинных водах Атлантики у берегов Намибии: там у придонных горячих серных источников обнаружили микроб-Гулливер, видимый невооруженным глазом! Оно и неудивительно, если микроорганизм достигает в своем продольном размере почти миллиметра!

Новый микроб назвали «перламутровкой намибийской», поскольку в лучах падающего света он похож на эдакий продолговатый контейнер, набитый мелкими бисеринками жемчуга. На самом деле, это сферические «капельки» элементарной серы, которая отливает перламутровым блеском. «Капельки» восстановленной из сероводорода серы собираются под мембраной-оболочкой микроорганизма, в глубине же его цитоплазмы располагаются «компартменты» с азотом, преобразования которого также дают ему энергию.

Оба процесса энергетического преобразования азота и серы довольно давно известны науке. Да и каждый, кто был на «водах» где-нибудь в Мацесте, помнит желтый «налет» по берегам ручьев и протоков, представляющий собой чистую серу, «выделившуюся» из сероводорода под действием атмосферного кислорода. Человечество начало вносить в почву азотные удобрения не так уж давно – всего каких-то сто лет назад. В почве же микроорганизмы вот уже более миллиарда лет «переводят» неусвояемый растениями аммиак в азотные и азотистые соли, которые «на ура» усваиваются растительными корнями. И в наших высокоорганизованных клетках есть древний «осколок» бескислородного начала энергетического обмена – анаэробный гликолиз.

Анаэробное расщепление глюкозы весьма неэффективно Чистый «навар» составляет каких-то две молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, из почти что 40, которые клетка добывает в конечном итоге, окисляя молекулу глюкозы с помощью кислорода.

И «золы» в такой анаэробной «топке» очень много: без кислорода образуется молочная кислота, которая ядовита для клетки. Мы ощущаем это, когда на следующий день после неожиданной физической нагрузки у нас «ломит» буквально все тело. Это накопившаяся в мышцах молочная кислота сдвигает нормальную реакцию в кислую сторону, делая невозможным какое бы то ни было движение (очень хорошая майская метафора: поясница после вскапывания земли на даче просто не разгибается).

АТФ называют «энерговалютой» клетки, поскольку живые клетки могут использовать энергию только в виде этого трифосфорного соединения. «Голова» молекулы АТФ представлена аденозином, то есть «буквой» ген-кода с сахаром, и «хвостом» из трех фосфоров: Аденин + Рибоза + Р-Р-Р Последний фосфор отщепляется ферментом, а это приводит к высвобождению энергии, которая идет на различные клеточные процессы. Так оказывается «сопряженным» обмен нуклеиновых кислот (генов) и энергии.

Очень разумное соединение функций, поскольку ген ведь тоже своего рода регулятор, только информационных потоков. Это доказывается существованием специальных клеточных регуляторов, в основе которых лежит П"Ф, то есть гуанозинтрифосфат – другая буква ген-кода с тремя фосфорами. ГТФ регулирует реакцию клетки на действие различных стимуляторов – гормонов, митогенов, ростовых факторов и так далее, а также, как выяснилось совсем недавно, и деление клетки.

Деление это невозможно без тубулина, основного белка микротрубочек (от лат. «тубула» – трубочка) веретена делении, с помощью которых «растаскиваются» к полюсам хромосомы. При раке тубулин начинав! вести себя не так, как «положено», что приводит к нарушениям в делении. Известный противораковый препарат таксол связывается с молекулой тубулина в непосредственной близости от места «прикрепления» ГТФ. Другой ГТФ-связывающий белок р21 «рас», о котором писал журнал «Знание – сила», часто изменен в раковых клетках, что приводит к выключению его функции расшепления ГТФ.

Интересно, что у примитивной археобакгсрии метанококка совсем недавно обнаружен белок, очень похожий на тубулин веретена деления. Микробный белок участвует в образовании специального белкового кольца перетяжки между поделившимися клетками. И хотя, естественно, сходство аминокислотных последовательностей белков микроба и высшей клетки невелико, однако оно очень существенно в месте связывания ГТФ. Да и общая структура белков сходна в своих основных «построениях».

В этом отношении более демонстративным примером сходства служат последовательности одного из сейчас наиболее любимых объектов молекулярных биологов – знаменитого почвенного круглого черничка «Кэнорабдитис элеганс». За каких-то пятнадцать лет удалось от «физической» тенкарты этого организма, состоящего из чуть более тысячи клеток, добраться до полного прочтения генома. Оказалось, что треть «червячных» белков сходна с человеческими, а 70 процентов известных на сегодня белков человека имеют сходные последовательности с кэнорабдитис!

Сейчас гены сначала находят у червя, а затем у мыши и, наконец, у человека. Так было в примере с генами апоптоза – запрограммированной смерти клеток, о чем писал журнал «Знание – сила». Выяснилось, что один из белков апоптоза («Бкл») атакует митохондрии, в результате чего из последних выделяются различные факторы, стимулирующие включение генов смерти, что приводит к фрагментации ДНК, хромосом и гибели клетки.

О митохондриях чуть позже, а сейчас вернемся к микробам. Некоторые из них очень «любят» проникать в цитоплазму клеток, взять хотя бы те же тифозные риккетсии, туберкулезную бациллу и так далее. Для этого у них есть специальный ген белка «инвазина», с помощью которого и осуществляется инвазия, или вторжение в клетку. Перенос гена инвазина «безобидной» кишечной палочки делает ее внутриклеточным паразитом.