Заглянем в будущее
Шрифт:
Исключительно интересным является сопоставление структуры одних и тех же белков разных организмов. Сравнивая, скажем, последовательность аминокислот в молекулах гемоглобина человека, лошади, быка, комара, мы с изумлением убеждаемся, что различия эти совершенно незначительны. Небольшие перестановки в следовании аминокислот сопровождали эволюцию живых существ от низших к высшим. Изучая первичную структуру белковых молекул разных животных, можно безошибочно проследить пути эволюции.
Так что, занимаясь экстраполяцией сегодняшнего хода науки, нам придется допустить, что на книжных полках библиотек будет стоять не одна книга
Трудности структурного анализа не останавливают бурного темпа развития молекулярной биологии в деле выяснения связи структуры белков с механикой управления деятельностью живого существа.
Хочется обратить внимание на совершенно новые черты в организации научных работ в этой области.
Гемоглобин — важный белок: этого не надо доказывать даже и тому, кто не ведает, что эта молекула выполняет важнейшую функцию переноса кислорода. Читатель, беспокоящийся о здоровье своих близких, знает, сколь худо, если анализ дает малый процент гемоглобина в крови.
Гемоглобин — важный белок, но вряд ли имеется в организме сколь-нибудь значительное число «неважных» белков, без которых можно было бы обойтись. Среди белков бездельников нет. Знать механизм действия каждого из них — задача, которая рано или поздно должна быть и будет решена. И ее решением будут заниматься поколения ученых, которые сейчас сидят на школьных и вузовских скамьях и которые сегодня уже в рядах армии исследователей.
До большинства белков у молекулярных биологов еще не дошли руки. А вот за гемоглобин взялись как следует. В мире существует примерно 100–200 человек, которые занимаются изучением связи структуры и свойств гемоглобина. Гемоглобин — это их профессия.
Поскольку нет преград для международных общений ученых, работающих в области структуры и свойств гемоглобина, — это вещество не взрывчато и в качестве материала для атомной бомбы не подходит, люди, занимающиеся одной проблемой, тянутся друг к другу. Им не приходится рыться в журналах для того, чтобы найти статьи друг друга. Они часто встречаются на симпозиумах и конференциях, ведут активную переписку и, таким образом, всегда в курсе последних событий.
Эта международная коллективность работы является характерной приметой сегодняшних фундаментальных (или, как говорят на Западе, «чистых») наук.
Не приходится и говорить, сколь дотошно знают эти 100–200 человек свой предмет. Не так давно мне пришлось присутствовать на докладе, посвященном гемоглобину. Докладчик помнил наизусть, какой аминокислотный остаток расположен за каким. «Обратите внимание, — говорил он, — вот на это место молекулы гемоглобина. Здесь расположен триптофан номер 93, вот здесь, где 48-й остаток сопряжен с 54-м, основная цепь молекулы изгибается…» Рассказ о молекуле гемоглобина шел в тех же тонах и был похож на рассказ географа, прожившего с десяток лет на крошечном острове, где он изучил расположение каждой кочки и толщину ствола каждого дерева.
Нет никакого сомнения, что, «навалившись» таким образом на гемоглобин, это дружное интернациональное общество откроет в течение ближайших лет все секреты его деятельности. А затем отправится на штурм других белков
Можно допустить, что, изучив в деталях связь структуры, форму завитков всех белков с их функцией в организме, наука составит рецепты подправки скверно работающих молекул.
Однако представляется более вероятным, что через несколько десятилетий научная медицина будет заниматься исправлением директора клетки — молекулы ДНК. Эта молекула занята фабрикацией белков. Так что вместо того, чтобы подправлять недоброкачественную продукцию, выпускаемую заводом, не лучше ли заменить его директора и парк машин и автоматов?..
Структура молекулы ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты — была скорее угадана, чем экспериментально найдена. Авторы этого замечательного открытия Д. Уотсон и Ф. Крик широко пользовались сведениями из родственных областей — химии, генетики, кристаллографии. Разумеется, без эксперимента они не смогли бы обойтись. Но тем не менее можно без преувеличения сказать, что они придумали двойную спираль, а когда придумали, то сразу же увидели, как легко и непринужденно эта модель объясняет все известные факты. Такая изящная гипотеза не могла оказаться неверной. И не оказалась. Серия исследований, последовавших за работой Д. Уотсона и Ф. Крика, показала безошибочность модели двойной спирали.
Молекула ДНК командует живым организмом. Она выполняет две функции. Во-первых, служит матрицей для синтеза другой тождественной молекулы ДНК — это процесс, лежащий в основе деления клетки. Во-вторых, ДНК фабрикует белки. Эту операцию она выполняет в две стадии. Молекула ДНК матрицирует молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты), а уж эти молекулы по кусочкам изготовляют разные белки.
Молекула ДНК ответственна за передачу наследственных признаков. Значит, молекула ДНК — это и есть ген? Нет, не так. Генами являются участки молекулы ДНК. Но об этом чуть позже.
Какому главному условию должна удовлетворять молекула, ответственная за передачу наследственности? Принципиальный ответ на этот вопрос был дан еще в 1945 году одним из первооткрывателей квантовой механики Э. Шредингером в своей маленькой книжке «Что такое жизнь?», которая оказала огромное влияние на тех, кто через десятилетие стал называть себя молекулярными биологами. Э. Шредингеру было ясно, что молекула, ответственная за передачу наследственности, должна быть апериодическим кристаллом. Сочетанием этих двух слов, звучащих примерно как «сладкая горечь», поскольку периодичность является признаком кристалла, Э. Шредингер хотел подчеркнуть, что ген должен каким-то образом (каким именно, он не имел представления) сочетать в себе упорядоченность с беспорядком.
Упорядоченность необходима по той причине, что имеется огромное множество одинаковых генов, входящих в состав разных клеток. Но строгий порядок несовместим с идеей хранилища наследственной информации. Упорядоченная система может быть описана десятком, ну сотней параметров, что свидетельствует об информативной бедности ее. Мы не можем послать сколько-нибудь содержательную телеграмму при помощи одних точек, или одних тире, или точек, регулярно чередующихся с тире.
Напротив, система, в которой точки и тире следуют друг за другом в произвольной последовательности, имеет неограниченные возможности для передачи информации.