Механизм белкового синтеза - 1

Механизм белкового синтеза

Всем известна аббревиатура ДНК и то, что ее гигантская молекула является хранительницей информации, определяющей рост и развитие любого живого организма, от бактерии до человека. Но, может быть, не все знают расшифровку. ДНК означает «дезоксирибонуклеиновая кислота». Это название указывает на то, что в ее состав входит некая, похожая на сахар, молекула «дезоксирибозы». В механизме реализации наследственной информации участвуют и различные РНК — «рибонуклеиновые кислоты». Они очень похожи по своему строению на ДНК, но в их составе фигурируют молекулы «рибозы». Структура рибозы отличается от структуры дезоксирибозы только заменой одного атома водорода на ОН-группу.

Молекулы ДНК представляют собой сплетенные в двухнитевую спираль очень длинные цепочки, насчитывающие, даже у бактерий, несколько миллионов звеньев, а у человека — около 3 миллиардов! Если такую молекулу вытянуть в одну линию, то окажется, что ее длина будет порядка 1 метра. А диаметры большинства клеток человека не превышают 50 микрон. Это означает, что у человека и других высших организмов длинная и тонкая цепочка ДНК многократно свернута в плотный клубок. Точнее, в ряд клубков, образующих хромосому. Хромосомы находятся в ядре клетки. В тысячу раз более короткая ДНК бактерии, у которой нет ядра, размещается по всему ее объему более или менее свободно, рыхлым клубком, наподобие мотка колючей проволоки.

Звеньями цепи ДНК служат так называемые нуклеотиды. В состав нуклеотида входит «нуклеиновое основание», которое непосредственно участвует в формировании наследственной информации. Затем уже упомянутая дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты, связывающий данный нуклеотид с его соседом. Нуклеиновых оснований (а следовательно, и нуклеотидов) всего четыре. Для упрощения обозначу их только начальными буквами соответствующих названий: А, Г, Ц и Т. Вся наследственная информация определяется их чередованием. Это может показаться невероятным, но достаточно вспомнить, что чередованием только двух знаков азбуки Морзе (точка и тире) можно представить любой алфавит, а значит, и записать текст любой книги.

Звеньями цепи РНК служат практически такие же нуклеотиды, что в ДНК, с весьма незначительным изменением одного из нуклеиновых оснований — У вместо Т (и заменой дезоксирибозы на рибозу).

Сравнительно короткие отрезки ДНК, разбросанные по всей длине огромной молекулы, несут информацию о строении клеточных белков и ферментов. Эти отрезки именуются «генами». У человека предполагается около ста тысяч генов.

Белки тоже представляют собой свернутые клубком цепочки («глобулы»), несравненно более короткие, чем ДНК. Они насчитывают несколько сотен, от силы тысячу звеньев примерно такого же размера, как нуклеотиды в ДНК. Но цепочки белков не столь монотонны, как у ДНК и РНК. В их образовании участвуют 20 различных звеньев, именуемых аминокислотами. Все аминокислоты имеют одинаковые линейные участки, выстраивающие их в неразветвленную цепочку. В стороны от линии цепочки торчат «боковые ветви» аминокислот, определяющие индивидуальные особенности каждой из них. Некоторые из этих ветвей несут химически активные группы или даже электрические заряды. Объемная форма, функция и биологическая активность любого белка определяются последовательностью расположения аминокислот в его цепочке.

Легко догадаться, что последовательность расположения нуклеотидов в гене ДНК определяет последовательность аминокислот в белке. Но поскольку аминокислот двадцать, а нуклеотидов всего четыре, каждую из аминокислот должна определять или, как говорят, кодировать последовательность нескольких нуклеотидов. Двух для этого недостаточно — из четырех нуклеотидов можно составить только 16 различных комбинаций по два. Комбинаций из четырех нуклеотидов по три можно составить целых 64. Промежуточного не дано — число нуклеотидов может быть только целым. Такая система кодирования — «генетический код» является избыточной. Тем не менее, этот код получил надежное экспериментальное подтверждение. Что же касается его избыточности, то ей в нашем рассмотрении еще предстоит сыграть свою важную роль.

Последовательность нуклеотидов в гене «прочитывает», двигаясь вдоль него, уже знакомая нам РНК-полимераза. Результатом такого прочтения является синтез однонитевой РНК-копии гена. Ее называют «информационной РНК». Поскольку одной аминокислоте соответствует три нуклеотида гена, то информационная РНК не может быть очень длинной. Даже если белок состоит из тысячи аминокислот, его ген и соответствующая информационная РНК должны иметь всего лишь по три тысячи нуклеотидов.

РНК-полимераза начинает «чтение» гена с его начала. Это начало определяет особая последовательность нуклеотидов. Поскольку начало считывания гена фиксировано, все стоящее далее вплотную друг к другу множество нуклеотидов образует кодирующие тройки (их именуют «кодонами») единственным образом. А следовательно, они определяют единственную, вполне определенную последовательность аминокислот. Иными словами, обеспечивается синтез единственного белка, структура которого строго соответствует информации, закодированной в данном гене.