Феликс Филатов - Клеймо создателя

Однозначностькода означает, что каждый триплет фрагмента полинуклеотида, именуемого г е ном, кодирует только одну аминокислоту. Продуктами кодирования являются не только аминокислоты, но и знаки пунктуации – знак начала кодирующей цепочки (гена), ATG , или AUG , называемые стартовыми кодонами, и знаки ее окончания – TAA ( UAA ), TAG ( UAG ) и TGA ( UGA ) или терминирующие (trm) стоп-кодоны (в таблице – буквы синего цвета в бесцветных ячейках). Начало генного продукта – это всегда аминокислота (метионин в данном случае), конец его – аминокислота, предшествующая стоп-кодону.

Еще одно свойство генетического кода – универсальность, означает, что все живущие на Земле существа – будь то РНК– или ДНК-вирус, слон, морковка, червь или человек – пользуются одним и тем же генетическим кодом. Немногочисленные отклонения от этого правила касаются лишь отдельных аминокислот и являются, скорее всего, именно отклонениями, результатом весьма длительной эволюции в специфических условиях.

Небольшое число таких отклонений лишь подчеркивают седьмое из перечисляемых свойств кода – необычайная стабильность.

За этим свойством неизбежно должно стоять – и стоит – еще одно – столь же необычайная помехоустойчивость. Помехоустойчивость относится к двум наиболее важным свойствам кодируемых аминокислот – их размеру, который характеризуется объемом или массой молекулы, и их гидрофильности (и гидрофобности), которые определяют вторичную структуру полипептида. Замена третьего основания триплета, как правило, не влияет на эти свойства, замена второго более существенна и относится, по преимуществу, к гидрофильности аминокислоты или к ее гидрофобности, замена первого может оказаться роковой; она меняет размер кодируемой молекулы. Если подсчитать, сколько замен одного нуклеотида не меняет тип аминокислоты в соответствии с ее химическими свойствами (а такие замены аминокислот слабо сказываются на структуре и функциях белка) и сколько меняет, то отношение первых ко вторым будет близко к 2,25. Расчеты показывают, что существующий генетический код не является самым оптимальным вариантом кода по признаку помехоустойчивости, и специальными программами удается сгенерировать более устойчивые в этом отношении коды. Тем не менее, компьютерное моделирование демонстрирует вполне впечатляющую частоту кодов со сходной с существующим помехоустойчивостью – один на миллион. Даже при такой частоте число помехоустойчивых кодов еще достаточно велико, чтобы вызывать впечатление случайности выбора той версии, которая используется на Земле. А так и не достигнутый за миллиарды лет максимум помехоустойчивости генетического кода на нашей планете наводит на мысль о том, что его, скорее всего, определило некое единичное событие, после которого опять-таки некое ограничение фиксировало девятое свойство кода, отмеченное еще Френсисом Криком. Поскольку ни изощренные и длительные эксперименты, ни теория – во времена Крика – не показывали абсолютно никакого физико-химического соответствия между нуклеотидными триплетами и аминокислотами, он назвал не поддающийся изменениям в течение миллиардов лет генетический код замороженной случайностью. Замороженной – в том смысле, что сформировавшись, он уже не менялся. Случайностью – в том смысле, что он мог сформироваться каким угодно. А вот то, что он сформировался именно таким, каким мы его видим, и настолько удачно, что в дальнейшем мог уже и не меняться, придает ему, на первый взгляд, свойство чуда. На сегодняшний день оценка Крика – едва ли не самая убедительная гипотеза происхождения генетического кода. И все-таки, когда мы говорим « случайность », рассматривая формальные свойства кода (мы сделаем это позднее), не только физика и химия приходят нам в голову. Но и они (физика и химия) предлагают сегодня альтернативную замороженной случайности гипотезу, гипотезу « ключ-замок», основанную на экспериментальных данных, которые все же показывают определенное сродство отдельных аминокислот с отдельными РНК-последовательностями. Об этом – в конце книги.

…………………

«Номер» этой главы назван «инициалами» ее «главного героя» – G enetic C ode . Автор хотел, однако, не только отметить их совпадение с принятым обозначением пары гуанин-цитозин ( GC ), но акцентировать комплементарность этой пары, которую в названии главы подчеркивает вторая комплементарная пара – аденин-тимин ( АТ ), символ которой (предлог at ) обозначается на «компьютерном языке» знаком @. Если пару АТ встроить между G и C , вся четверка – GA‖TC – оказывается упорядоченной по массе и зеркально симметричной по комплементарности относительно центра, отмеченного двумя короткими вертикалями. В составе двуцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты пара GC демонстрирует сильное, S, взаимодействие, образуя три межнуклеотидных водородных связи CΞG (нижняя пара на рисунке), в то время, как пара АТ (верхняя часть рисунка) демонстрирует слабое, W, взаимодействие:

Результатом комплементарности пар оснований является первое правило Чаргаффа: число гуанинов ( G ) в двуцепочечной ДНК равно числу цитозинов ( С ), а число аденинов (А) равно числу тиминов ( Т ). Это правило стало одним из краеугольных камней открытия спиральной структуры этой молекулы, о чем можно прочитать в любом учебнике.

Позднее мы коротко коснемся и так называемого второго правила Чаргаффа, которое относится только к одной природной полинуклеотидной цепи. Существуют и некомплементарные взаимодействия пар оснований – «качающиеся» и хугстеновские (см. ниже). В природе все намного интереснее и богаче, чем в любом учебнике. Мы не можем обусловить начало жизни только формированием генетического кода (тогда ее дефиниция оказалась бы не слишком трудной задачей и упомянутое выше следствие теоремы Гѐделя удалось бы обойти), какие-то свойства жизни мы различаем и до этого события, но беспрецедентная универсальность кода – при физико-химической произвольности – делает его едва ли не главной меткой нуклеиново-белковой жизни. И далее мы будем говорить именно о генетическом коде.

Об этом можно прочитать в любом учебнике. И все же – чтобы облегчить понимание последующих рассуждений – позволим себе очень коротко остановиться на работе машины кодирования. Барбьери связывает формирование таких машин с возникновением молекул, названных им codemakers – термин, который мы выше перевели как декодеры .