Беседы об информатике

Когда на страницах этой книги впервые описывался подобный процесс, мы ограничились туманной фразой о том, что, мол, синтез белка начинается при определенных условиях. Мы поступили так, чтобы сразу не усложнять и без того сложное описание. Настала пора сказать, что эти условия более чем определенные. Молекула РНК сколь угодно долго пребывает в растворе аминокислот, и при этом ничего не происходит, если в том же растворе не присутствуют химические соединения, называемые ферментами. Причем для каждой молекулы РНК и соответственно для данного вида белка требуются совершенно определенные ферменты.

Откуда берется фермент? Он вносится в раствор извне или синтезируется в том же растворе из тех же аминокислот на основании информации, записанной на молекуле РНК. При этом большая часть молекулы РНК содержит информацию, используемую при синтезе конечного продукта — белка. Эта информация активизируется лишь под действием фермента. Другая часть молекулы РНК (меньшая) содержит информацию, используемую для синтеза фермента.

На самом деле все происходит гораздо сложнее — мы дали весьма примитивное описание. Однако его довольно, чтобы установить: командой, переводящей информацию из пассивной формы в активную, является та же информация.

Молекулярные загадки

Пятое свойство информации — способность быть переданной на расстояние. Это свойство непосредственно следует из свойства информации сохраняться. Действительно, если информация записана на молекуле РНК, на электроне или на любом другом носителе, то перемещение носителя повлечет за собой перемещение записанной на нем информации.

Наконец, шестое свойство — свойство информации подвергаться переработке. Поясним это свойство на примере молекулы РНК. Молекула РНК представляет собой последовательность нуклеотидов, связанных друг с другом так, что они образуют длинную нить. В случае РНК в построении участвуют четыре типа нуклеотидов: аденин, гуанин, урацил, цитозин (для сокращения этих названий мы использовали большие буквы, так же поступим в дальнейшем). Каждая молекула РНК отличается от аналогичных молекул количеством и порядком расположения нуклеотидов.

Число различных молекул РНК чрезвычайно велико. Нить, составленная из четырех нуклеотидов, может быть построена 256 способами. Нить из ста нуклеотидов может быть образована 4¹⁰⁰ способами. Это настолько огромное число (порядка единицы с двадцатью пятью нулями), что нет смысла вычислять здесь его точное значение. Что же говорить о молекуле РНК столь простого организма, как кишечная палочка, которая состоит из двадцати миллионов нуклеотидов?

Количество способов, которыми из заданного количества аминокислот можно построить пептидную нить, или молекулу белка, во много раз больше, поскольку больше типов аминокислот — их двадцать. Трудно удержаться, чтобы в очередной раз не выразить удивления природой, умеющей, пользуясь молекулами РНК, синтезировать совершенно определенный вид белка из бесчисленного количества возможностей.

Как на самом деле происходит процесс синтеза? Представьте себе нить РНК, которая состоит из такой последовательности: А—У—Г—Ц—А—У—У—А—Г—Ц—У—А…, и пептидную нить, также представляющую собой последовательность, но не нуклеотидов, а аминокислот. Каким образом осуществить синтез пептидной нити, то есть заданной последовательности аминокислот, на основании имеющейся последовательности нуклеотидов?

Казалось бы, очень просто. Каждому нуклеотиду нужно ставить в соответствие какую-нибудь аминокислоту. Там, где в цепочке РНК расположен, к примеру, аденин, в пептидной цепи ставить треанин, там, где в цепочке РНК находится гуанин, в пептидную цепь ставить аланин и т. д. Но не тут-то было! Нуклеотидов насчитывается всего четыре типа. Следуя предложенному правилу, можно выбирать лишь четыре типа аминокислот. А различных аминокислот — двадцать, и все они нужны для построения белков. Как выходит природа из подобного затруднительного положения?

Для выбора одной аминокислоты используется не один нуклеотид, а последовательность, состоящая из трех соединенных друг с другом нуклеотидов. Например, три соединенных между собой одинаковых нуклеотида УУУ — подобные тройки называют триплетами — выбирают аминокислоту фенилаланин. Триплет АУГ используется для выбора аминокислоты метионина, триплет ГУУ — валина и т. д.

Задача эта совсем не простая. Каким механизмом пользуется природа, чтобы, располагая одним триплетом, выбрать требуемую молекулу из смеси двадцати видов аминокислот. Что получается? Вроде бы что-то где-то должно помнить таблицу соответствий триплетов аминокислотам, то есть своеобразный словарь. Каким образом составлять триплеты? Можно образовывать триплеты, начиная с первой буквы (то бишь с первого нуклеотида), например, так: АУГ ЦАУ УАГ ЦУА. Но можно иначе: АУГ ГЦА АУУ УАГ и т. д. Да и сам выбор первого нуклеотида снова сложная задача. Реальная, даже относительно простая молекула РНК может содержать сотни тысяч нуклеотидов и так быть закручена в спираль, что где начало, где конец, разобраться весьма и весьма трудно.