Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Третий подход также нуждается в новых методах, тем более что обычные методы удаления различных долей мозга слишком грубы. Например, было бы полезно уметь отключать, желательно обратимо, определенный тип нейронов в отдельной области мозга. Кроме того, нужны более тонкие и эффективные методы изучения поведения как организма в целом, так и групп нейронов. Молекулярная биология развивается так быстро, что скоро будет оказывать решающее влияние на все стороны нейробиологии.

Летом 1984 г. меня пригласили выступить на VII Европейском конгрессе по зрительному восприятию, проходившем в Кембридже, в Англии. Это было одно из тех послеобеденных выступлений, от которых ждут развлекательности не меньше, чем информативности. Я закончил речь заявлением, что через поколение большинство сотрудников кафедр психологии будут заниматься «молекулярной психологией». Ответом мне было полнейшее недоверие на лицах большинства слушателей. «Если не верите, – сказал я, – взгляните, что стало с кафедрами биологии . Теперь там большинство исследователей занимается молекулярной биологией, хотя еще поколение назад это был предмет, знакомый лишь узким специалистам». Недоверие сменилось настороженностью. Неужели нас ждет такое будущее? Последние года два показывают, что оно уже становится настоящим [примером могут служить недавние исследования NMDA-рецепторов глутамата и их роли для памяти].

Нынешнее состояние наук о мозге напоминает мне состояние молекулярной биологии и эмбриологии, скажем, в 1920–1930-е гг. Открыто много интересного, каждый год приносит неуклонный прогресс на всех фронтах, но главные вопросы еще остаются по большей части без ответов и вряд ли получат ответы без новых технологий и новых идей. Молекулярная биология достигла зрелости в 1960-е, тогда как эмбриология только вступает в фазу полноценного развития. Наукам о мозге предстоит еще долгий путь, но увлекательность предмета и важность ответов будут неизбежно двигать ее вперед. Необходимо детально разбираться в нашем мозге, если мы хотим верно оценить наше место в этой громадной и сложной вселенной вокруг нас.

Наследственный материал всех организмов в природе – нуклеиновые кислоты. Существуют два вида нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и близкородственная ей РНК (рибонуклеиновая кислота). Некоторые мелкие вирусы используют в качестве наследственного материала РНК. Все прочие вирусы и организмы – ДНК. (Исключением могут быть «дремлющие вирусы» [62] В оригинале slow viruses – обиходный термин 1970– 1980-х гг. для обозначения всех инфекций с длительным инкубационным периодом. В настоящее время выяснено, что большинство этих заболеваний вызывается не вирусами, а прионами – белковыми частицами, нарушающими структуру укладки здорового белка. Вирусов с какой-либо иной наследственностью, кроме ДНК и РНК, на данный момент не обнаружено. .)

Молекулы как ДНК, так и РНК тонкие и длинные, порой необычайно длинные. ДНК – полимер с регулярным остовом, в котором чередуются группы фосфатов и сахаров (в данном случае сахар называется дезоксирибоза).

К каждой группе сахаров присоединена маленькая плоскостная молекулярная группа, называемая основанием, или нуклеотидом. Существует четыре основных типа нуклеотидов: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). (А и Г относятся к пуринам, Т и Ц – к пиримидинам). Порядок оснований вдоль любого данного отрезка ДНК несет наследственную информацию. Около 1950 г. Эрвин Чаргафф открыл, что в ДНК самого разнообразного происхождения количество А равняется количеству Т, а количество Г – количеству Ц. Эти закономерности известны как правила Чаргаффа.

Рис. А-1.Две пары оснований: А = Т и Г = Ц. Обозначения оснований: А – аденин, Т – тимин, Г – гуанин, Ц – цитозин. Обозначения атомов: C – углерод, N – азот, O – кислород, H – водород.

РНК по структуре сходна с ДНК, только сахар в ней немного другой (рибоза вместо дезоксирибозы), а вместо Т у нее У (урацил). (Тимин и есть 5-метилурацил.) Таким образом, пара АТ замещается очень сходной парой АУ.

ДНК обычно существует в форме двойной спирали, состоящей из двух раздельных цепочек, навитых друг на друга вокруг общей оси. Как ни удивительно, две цепочки направлены в противоположные стороны. То есть если последовательность атомов в остове одной из цепочек читается снизу вверх, то у другой – сверху вниз.

На любом уровне основания соединены попарно – то есть основание в одной цепочке спарено с противолежащим основанием в другой цепочке. Пары возможны лишь в определенных сочетаниях. Вот они:

Их химические формулы даны на рис. А-1. Пары оснований удерживаются слабыми связями, которые называются водородными и обозначены здесь черточками. Следовательно, пара АТ образует две водородных связи, пара ГЦ – три. Это парное соединение оснований (нуклеотидов) – ключевая характеристика структуры .

Для репликации ДНК клетка расплетает цепочки и использует каждую цепочку по отдельности как инструкцию по созданию ее новой товарки. По завершении этого процесса получаются две двойные спирали, каждая из которых содержит одну старую цепочку и одну новую. Поскольку основания для новых цепочек надо подобрать так, чтобы выполнялись правила парности (А к Т, Г к Ц), у нас получается две двойные спирали, каждая из которых по последовательности оснований полностью тождественна исходной. Если вкратце, этот точный механизм попарного соединения и есть молекулярная основа наследственности. Реальность, конечно, намного сложнее, чем эта бегло набросанная схема.

Важнейшая функция нуклеиновых кислот – кодирование белков. Белковая молекула – тоже полимер с упорядоченным остовом (полипептидной цепочкой) и боковыми группами, расположенными на регулярных расстояниях. Как остов, так и боковые цепочки белка заметно отличаются по химической природе от остова и боковых цепочек нуклеиновой кислоты. К тому же у белков существует двадцать различных видов боковых цепочек, тогда как у нуклеиновых кислот – только четыре.

Общая химическая формула полипептидной цепи дана на рис. А-2. «Боковые цепочки» присоединены в точках, обозначенных R, R’, R» и т. д. Точная химическая формула каждой из двадцати различных боковых цепочек известна, и ее можно найти в любом учебнике по биохимии.