нуклеотидов в молекуле тРНК, специализировавшейся на переносе аланина.
Но где же в клетке происходит синтез белков? Мы познакомились с тремя элементами, необходимыми для «производства» белковых молекул: аминокислоты, иРНК, тРНК. Сам же процесс сборки макромолекул белка протекает в особых цитоплазматических образованиях, называемых рибосомами.
В упрощенном виде синтез белковой молекулы можно представить следующим образом. К длинной цепи иРНК подходят рибосомы (видимые лишь в электронный микроскоп). К этому комплексу присоединяются частицы тРНК, связанные с молекулами аминокислот. Триплетам нуклеотидов в цепочке иРНК (так называемым кодонам) соответствуют дополняющие триплеты нуклеотидов на каждой молекуле тРНК (антикодоны). Расположение кодонов в цепочке иРНК определяет, в каком именно порядке присоединятся к ним антикодоны РНК. Это означает, что аминокислоты, отвечающие специфическим тРНК, перемещаются к рибосомам в определенном порядке. В точно таком же порядке будут присоединяться к зарождающейся макромолекуле и белки. Весь этот сложный процесс поможет нам понять приведенная ниже схема. Но прежде мы должны представить читателю одного ученого, деятельность которого будет иметь в нашем рассказе немаловажное значение.
Речь идет о X. Коране, индийском исследователе, проживающем в США. Вместе со своими сотрудниками из Висконсинского университета Корана попытался решить две задачи: во-первых, синтезировать по образцу иРНК искусственные полимеры, которые содержали бы соответствующие кодоны для отдельных аминокислот; во-вторых, синтезировать искусственные полимеры по образцу ДНК с таким расположением нуклеотидов, которое отвечало бы соответствующим кодонам в иРНК, и проверить их активность.
Первая задача была нелегкой. Группе Кораны предстояло получить все 64 возможных типа кодонов, необходимых для проверки «кодирования» порядка 20 аминокислот белков. Однако им удалось все же найти решение. Данные о кодонах они получили иным путем, отличным от того, каким шла группа Ниренберга, и дополнили их недостающими данными для остальных аминокислот.
Вторая задача оказалась еще труднее. Если в первой исследователи стремились получить синтетические полирибонуклеотиды, то во второй им необходимо было попытаться синтезировать полидезоксирибонуклеотиды. Эти «искусственные молекулы ДНК» они должны были использовать затем в управляемом синтезе «искусственных молекул РНК» с соответствующими кодонами. Ценную помощь им оказал в этом деле фермент, открытый в лаборатории профессора Очоа. Старания Кораны и его коллег увенчались успехом.
Ниренберг — Холли — Корана, этот биохимико-генетический «триплет» ученых, экспериментально подтвердили правильность представлений Уотсона и Крика о триплетах нуклеотидов в ДНК. Они подтвердили и гипотезу Жакоба и Моно об управляемом синтезе информационных РНК, выяснили роль транспортных РНК и их антикодонов при определении положения аминокислот в возникающих на рибосомах белковых молекулах. И не удивительно, что в декабре 1968 года все трое — Ниренберг, Холли и Корана — за эту свою работу получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Как уже было сказано, Корана успешно решил и вторую из поставленных задач. В июне 1970 года на встрече биохимиков и молекулярных биологов в его родном университете на вопрос, чем ученый занят сейчас, после получения Нобелевской премии, Корана ответил, что ему наконец удалось получить ген в пробирке! Его лаборатория занималась синтезом гена целых пять лет.
Мы знаем, что другой нобелевский лауреат, Холли, раскрыл тайну расположения нуклеотидов в транспортной РНК, служащей для переноса аланина. На основании данных о расположении нуклеотидов в тРНК Корана набросал на бумаге схему структуры гена (или ДНК), который «отвечает» за синтез данной тРНК. Этот набросок позволил ему через пять лет получить первый «синтетический» ген: он состоял из 77 пар нуклеотидов, расположенных в такой последовательности, при которой ДНК определяет синтез аланиновой тРНК.
После этого группа Кораны приступила к экспериментам по «размножению» молекул синтезированного гена при помощи ферментов Корнберга, вызывающих редупликацию молекул ДНК, о которой мы уже говорили; надо было испытать активную способность «гена в пробирке», который должен управлять синтезом аланиновой тРНК. А за этим последовали опыты, имеющие целью подтвердить биологическую активность «синтетического» гена и в живой клетке. Ведь существовать ему предстояло именно в ней! Пятилетняя напряженная работа группы Кораны в конце концов успешно увенчалась синтезом некоего вещества, которое в природе, в живых клетках, несомненно, существует.
Но вернемся к нашей схеме. Она дает упрощенное представление о том, какое расположение трех триплетов нуклеотидов в молекуле ДНК определяет окончательный порядок трех аминокислот в образующейся на рибосомах молекуле белка.
Триплеты в молекуле ДНК:
Дополняющие кодоны в молекуле иРНК:
Антикодоны в трех молекулах тРНК:
Расположение трех аминокислот во фрагменте молекулы белка:
Приведенные триплеты молекулы ДНК можно считать частью «генетической информации», заложенной в гене, управляющем синтезом определенного белка. В макромолекуле этого белка на соответствующем месте будет находиться тройка аминокислот: фенилаланин — лейцин — лизин.
Согласно изложенному представлению, в клетке существует, таким образом, следующая иерархия макромолекул:
В 1970 году стали появляться сообщения о том, что при некоторых обстоятельствах, например при инфицировании клетки вирусами, имеющими в своем составе РНК, а не ДНК, генетический код для синтеза белков «записан» в молекуле РНК. Эти вирусные РНК в клетке-хозяине «самовоспроизводятся» и управляют синтезом ДНК, необходимой для образования вирусных белков. Таким образом, мы столкнулись с тем, что генетическая информация может быть перенесена от РНК к ДНК.
В других случаях оказался возможным и прямой перенос генетической информации с ДНК на белок без посредничества РНК.
Все эти сведения вызвали широкую полемику в ученых кругах. Обсуждался вопрос — остается ли в силе центральная догма молекулярной биологии[23]. Итог дискуссии подвел один из «отцов» этой догмы, Ф. Крик, который охарактеризовал уровень современных знаний в данной области следующим образом.
Существуют общие и специальные переносы генетической информации. Общие переносы можно сформулировать в такой последовательности:
Специальные переносы информации, совершающиеся лишь в особых случаях, могут выглядеть и так:
Все это хорошо видно на рисунке ниже, где общие переносы и их направление показаны сплошной линией, а специальные — штриховой.
Но открытия 1970 года на этом не закончились. Самые волнующие события этого года связаны с изучением и поиском онкогенных вирусов — вирусов, вызывающих некоторые формы опухолей.
