Событием, чаще всего происходящим с живой клеткой, является ее деление. Перед делением спираль, состоящая из двух молекул ДНК, раскручивается. На каждой молекуле под действием специального фермента, называемого ДНК-полимераза, из нуклеотидов, растворенных в веществе клетки, строится вторая молекула, комплементарная к исходной. Таким образом, вместо одной спирали образуются две. После деления спирали расходятся по дочерним клеткам — по одной в каждую.
Что для нас самое интересное? Подобное удвоение, или, как говорят биологи, репликация, — единственный процесс, в котором участвует ДНК. Любые другие процессы жизнедеятельности клетки совершаются без участия ДНК, которая сохраняется в хорошо защищенном месте — в ядре клетки. Процессы, происходящие в клетке, управляются уже знакомыми нам молекулами РНК.
Во второй беседе мы говорили об РНК в общих чертах, не вдаваясь в подробности. Настала пора сказать, что существует по меньшей мере три класса молекул РНК: информационные (иРНК), транспортные (тРНК) и рибосомальные (рРНК). Все три вида РНК строятся на молекуле ДНК в результате процесса репликации, удвоения, и под воздействием специальных ферментов РНК-полимераз. Будучи построена, молекула РНК тут же покидает ядро и переходит в жидкое вещество клетки, цитоплазму.
На одной молекуле ДНК строится много разных молекул РНК. При этом относительное количество различных молекул РНК также различно. Например, у бактерий в синтезе тРНК участвует всего 0,025 процента ДНК, а в синтезе рРНК — 0,3 процента ДНК. На большей части молекулы ДНК синтезируются разные по величине иРНК. Молекулы рРНК довольно большие, их молекулярный вес находится в пределах от 500 тысяч до 2 миллионов. Молекулы рРНК соединяются со специальными белками, образуя рибосомы. Рибосомы — это своеобразные станки, на которых в дальнейшем и происходит синтез белка. Как только рибосома готова, на ней закрепляется какая-нибудь иРНК.
А вот дальше начинается самое интересное. Суть в том, что аминокислоты — это соединения довольно флегматичные и сами по себе ни в какие отношения с иРНК не входят. Мы уже говорили, что раствор аминокислот остается просто раствором сколь угодно долго. Аминокислоты не стремятся соединиться друг с другом. Мало что изменится, если запустить в такой раствор иРНК. Работы по непосредственному синтезу белка выполняют тРНК. Их описано не менее 20 типов (а вообще их еще больше), так как каждой аминокислоте соответствует своя тРНК. Функции всех тРНК сводятся к транспортировке аминокислот в рибосомы и укладке их на матрицы иРНК в пептидную цепь согласно коду белкового синтеза, записанному на тРНК.
Как это происходит на самом деле? Молекулы тРНК относительно короткие и содержат всего 70–85 нуклеотидов. В середине нити такой молекулы расположены последовательности нуклеотидов, определяющие конкретный вид тРНК, следовательно, конкретный вид аминокислоты, который она предназначена транспортировать. А концы у тРНК строятся по единому принципу. Один конец у тРНК всегда состоит из комбинации АЦЦ. Это и есть тот «крючок», которым молекула тРНК «подцепляет» аминокислоту. Но крючка недостаточно. Аминокислоты и на крючок не очень-то реагируют. Для их активизации используются опять-таки ферменты, но другие, с довольно сложным названием — аминоацил-тРНК-синтетазы.
У каждой аминокислоты свой фермент. По предложению академика В. А. Энгельгардта их называют коротко — кодазами, потому что каждая кодаза как бы кодирует специфическую аминокислоту. Под воздействием кодазы к нужной молекуле аминокислоты присоединяется молекула специального вещества, аденозитрифосфорной кислоты, или, сокращенно, АТФ.
АТФ — интересное вещество. В клетках организма молекулы АТФ выполняют функции накопителей и источников энергии. АТФ входит в состав мышечных клеток. Чтобы показать, насколько эффективны молекулы АТФ, заметим, что сократительный белок мышцы способен поднять груз, в тысячу раз превышающий вес самой мышцы.
Снабженные энергией комплексы аминокислота — тРНК — АТФ становятся подвижными, и тРНК оказывается способной оттащить соответствующую аминокислоту к рибосоме. На другом конце тРНК расположен триплет, комплементарный к одному из триплетов иРНК. С его помощью тРНК подтаскивает аминокислоту в нужное место иРНК. Например, если речь идет об аминокислоте фенилаланин, она должна присоединиться к триплету УУУ иРНК, следовательно, на конце соответствующей тРНК расположен комплементарный триплет ААА.