4. Гидрофобные взаимодействия
Функции ДНК и РНК. ДНК участвует в репликации и транскрипции. РНК участвует в трансляции (мРНК), выполняет структурные функции (структура рибосом в первую очередь определяется структурой рибосомной РНК) и транспортные функции (тРНК). Также РНК выполняет регуляторную функцию. Недавно был описан целый класс маленьких молекул РНК размером около двадцати нуклеотидов (раньше считали, что это просто какие-то обломки болтаются в клетке). Они имеют очень важную функцию. Эти маленькие РНК, комплементарные, например, к матричной РНК, могут с ней связываться. Образованные короткие двойные спирали РНК распознают специальные белки, которую матричную РНК «разгрызают». Получается, что ген работает, РНК на ДНК синтезируется, но все это вхолостую, потому что сбоку к ним «подползают» эти маленькие РНК, и матричная РНК поэтому работать не может, разрушается. Кроме этого, у РНК есть еще одна функция — ферментативная, каталитическая. РНК, способная осуществлять ферментативную реакцию, называется рибозимом. Также РНК обеспечивает клетку энергией.
Функции белков, липидов и углеводов. Белки выполняют следующие функции: структурную, ферментативную, обеспечивают движение клетки, передачу сигналов, и, в общем-то, практически все происходящие в клетке процессы. Лет двадцать назад считалось, что вообще все процессы обеспечивают белки; теперь же стало ясно, что белкам очень сильно «помогают» РНК, выполняя те функции, которые считались раньше характерными только для белков. Белки и углеводы выполняют структурную функцию, углеводы и липиды откладываются в качестве запасных питательных веществ.
РАННИЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИЗНИ
Как же возникли такие сложные молекулы, столь согласованно друг с другом работающие, обеспечивающие сопряженные метаболические процессы в клетке? На этот вопрос пока никто не может дать полный ответ. Однако некоторые детали известны. Известен путь, на котором можно найти ответ.
Проведем следующую аналогию. Процитируем рассказ "Пляшущие человечки" Артура Конан Дойля, один из рассказов о Шерлоке Холмсе, в котором он в очередной раз поразил Уотсона своей проницательностью:
… - Холмс, как, черт побери, вы об этом узнали? — спросил я.
Видите ли, дорогой мой Уотсон… Не так уж трудно построить серию выводов, в которой каждый последующий простейшим образом вытекает из предыдущего. Если после этого удалить все средние звенья и сообщить слушателю только первое звено и последнее, они произведут ошеломляющее впечатление. После взгляда на впадинку между большим и указательным пальцем вашей левой руки, мне было совсем нетрудно заключить, что вы не собираетесь вкладывать свой капитал в золотые россыпи.
— Но я не вижу никакой связи между этими двумя обстоятельствами!
— Вот опущенные звенья этой простейшей цепи. Во-первых… Во-вторых… В-шестых…
— До чего просто! — воскликнул я.
— Конечно, — сказал он, слегка уязвленный, — всякая задача оказывается очень простой после того, как вам ее растолкуют. А вот вам задача еще не решенная.
Для нас эта нерешенная задача — это происхождение жизни на Земле. Мы видим последнее звено этой цепи — жизнь существует. И по результатам многочисленных исследований мы можем представить себе атмосферу молодой Земли, процессы, которые на ней происходили. Жизни тогда еще не было. То есть, у нас есть первое и последнее звено, но у нас нет промежуточных этапов. Если мы не видим промежуточных звеньев, нам кажется это чудом. Это «чудо» истолковывают по-разному: одни говорят, что жизнь была занесена из Космоса, другие считают, что жизнь кто-то создал; но мало кто представляет, что эти звенья можно реконструировать. На данный момент восстановить все эти звенья никто не может, но мы попытаемся представить некоторые из них, показать, каким способом можно реконструировать этапы возникновения жизни на Земле и ее развитие.
ДНК —> РНК —> БЕЛОК
Эта схема называется догмой молекулярной биологии. Она появилась в 50-60-е годы 20 века, когда стали ясны в общих чертах основные процессы синтеза ДНК, РНК и белка. Считалось, что это закон жизни — на матрице ДНК синтезируется РНК, на матрице РНК синтезируется белок. И функции "молекул жизни" были, казалось бы, ясны: ДНК хранит информацию, РНК ее переносит от ДНК к белку, белок выполняет всю работу в клетке. Но в 1975 г. схема изменилась:
ДНК <-> РНК —> БЕЛОК
В 1975 г. Говард Темин и Дэвид Балтимор независимо друг от друга открыли обратную транскрипцию. Оказалось, что существует фермент ревертаза, который синтезирует ДНК на матрице РНК. Они за это открытие получили Нобелевскую премию.