Беседы об информатике

Как и аминокислоты, нуклеотиды способны соединяться между собой и образовывать полинуклеотидные нити. Такие нити бывают очень длинными. У мелких вирусов длина нити молекулы составляет от 0,0016 до 0,052 мм. На первый взгляд, это не много. Но вспомните размер атома. Он имеет порядок 10^–7 мм, а это значит, что вдоль одной полинуклеотидной нити укладывается от 16 тысяч до 52 тысяч атомов. Длина молекулы ДНК дрожжей составляет 6,12 мм. Длина нитей ДНК человека достигает двух метров.

Важной характеристикой молекулы ДНК является количество содержащихся в ней органических оснований. ДНК бактерии кишечной палочки содержит около 20 миллионов оснований. В ДНК всех 46 хромосом клетки человека содержится около 9 миллиардов органических оснований. (Не забудьте это число, оно нам еще понадобится.) Молекулы ДНК и РНК обладают способностью свертываться в спираль, иначе говоря, обладают вторичной структурой.

К раствору несоединившихся аминокислот добавьте теперь раствор, содержащий молекулы РНК. При определенных условиях в таком растворе немедленно начнется образование молекул белка. Молекулы аминокислот станут соединяться между собой, образуя сначала пептидные связи, а затем сшивки. Вид образующегося белка определяется видом РНК. Каждая молекула РНК вызывает образование совершенно конкретного белка со всеми его подробностями.

Попробуйте представить себе, что происходит. Например, белок вируса болезни растений табака — табачной мозаики — содержит 2130 белковых субъединиц. Каждая из них, в свою очередь, состоит из 158 аминокислот. Если в раствор, содержащий аминокислоты, добавить соответствующую РНК, всегда будет образовываться именно данный белок. В общей структуре белковой молекулы каждая аминокислота займет строго определенное место. Никогда, ни одного исключения из этого правила!

Понять, как это происходит, можно, если из того, что получилось в нашем растворе, обратно выделить молекулы РНК. Сегодня ученые довольно просто выполняют подобную операцию с помощью ультрацентрифуг. Поскольку это очень важно, давайте еще раз проследим последовательность событий.

Начинается все с раствора аминокислот. Если в растворе только аминокислоты, то в полипептидные цепи они не соединяются. Добавляете в раствор молекулы РНК — и в нем начинается образование белка. В примере с РНК вируса табачной мозаики белок как бы обволакивает молекулы РНК. Молекула РНК в белковом чехле представляет собой вирус. Таким вирусом можно заразить растение, и оно заболеет.

Следующий шаг: помещаете созданные вирусы в центрифугу. Под действием ускорений вещество разделяется по меньшей мере на две фракции. В первой содержится белок, а во второй — РНК. Если подробно проанализировать эти фракции, то окажется, что и белок сохранил свои свойства, и молекулы РНК сохранили все свойства: они имеют тот же состав, ту же структуру и, помещенные снова в раствор аминокислот, немедленно начнут строить новый белок.

Оттого, что молекула РНК приняла участие в образовании, или синтезе, белка, с ней ровным счетом ничего не произошло. Извлеченная из белка, она сохранила свои свойства. Но что же тогда послужило причиной начавшегося процесса синтеза белковых молекул?

Снова не остается ничего другого, как сказать, что причиной явилась некая физическая сущность. Именно физическая, поскольку процесс объединения аминокислот в полипептидную цепь — это объективный физический процесс, сопровождающийся, кстати говоря, изменениями структуры, изменениями энергетических состояний атомов и молекул. Эта физическая сущность передается в раствор и исходит от молекул РНК. Теперь мы точно это знаем, потому что никаким иным способом, кроме добавления в раствор аминокислот молекул РНК, нельзя запустить процесс синтеза белка.

Приняв участие в процессе синтеза, молекула РНК ни в чем не изменилась и может участвовать в подобных процессах любое количество раз. Да, приходится констатировать аналогию только что рассмотренного примера с предыдущим и назвать эту физическую сущность информацией. У нас имеются все основания считать молекулу РНК чертежом белковой молекулы.

Что она может?

Каковы основные свойства физической сущности, названной нами информацией? Первое — способность управлять построением физических структур. Рискуя злоупотребить вниманием читателей, мы потратили много усилий, пытаясь сделать предельно ясной одну мысль. Свойство информации управлять построением структур есть универсальное свойство, присущее всем без исключения физическим объектам, начиная с электрона и кончая живыми организмами. Некоторым запасом информации в числе прочих свойств обладает любой физический объект.