Здесь сам собой возникает большой вопрос: каким же образом порядок нуклеотидов в нуклеиновой кислоте задает порядок аминокислот в белках? Как информация, заключенная в ступенях спирали, передается вновь образующимся белкам? Как может клетка «читать» эту книгу, насчитывающую много тысяч страниц, и следовать ее указаниям в процессах роста и деления?
Об этом немногое пока известно. Мы знаем только, что такая передача информации происходит. Очень упрощенно мы можем изобразить воспроизведение белков следующим образом. Определенная группа ступенек спиральной лестницы притягивает один сорт аминокислот, следующая группа — другой сорт и так далее[52]. Ступеньки расположены так, что аминокислоты сами выстраиваются в том порядке, в котором, как предполагается, они должны находиться в белке. Белки образуются вдоль лестницы нуклеиновых кислот, которая достаточно длинна, чтобы на ней поместились все 5000 белков, необходимых бактерии. Это описание воспроизведения белков чрезвычайно упрощено. Мы знаем, что истинные процессы гораздо сложнее и что большинство их деталей еще неизвестно. Тем не менее нарисованная нами картина поможет читателю уяснить сущность того, что, по нашему мнению, является основными процессами в бактериальной клетке[53].
Подведем некоторые итоги. Клетка состоит из многих типов белков. Наиболее простые белки образуют оболочку и структурный остов клетки. Другие белки сжигают сахар и способствуют образованию несущих энергию молекул АТФ; наиболее сложные белки производят аминокислоты из веществ питательной среды. Клетка содержит также несколько крупных молекул нуклеиновых кислот, которые способны соединять аминокислоты в правильном порядке, что обеспечивает образование новых белков всех сортов, требуемых в процессе роста.
Когда клетка достигает определенных размеров, какие-то еще плохо известные факторы вызывают перегруппировку белков, и клетка делится на две одинаковые клетки меньших размеров. На этой стадии необходимо удвоить важные во всех отношениях нуклеиновые кислоты, так как все клетки нуждаются в определенном их наборе для дальнейшего роста. Удвоение такой длинной и строго упорядоченной молекулы — процесс нелегкий. Мы еще точно не знаем, как он происходит в природе, но можем представить себе возможный путь его осуществления. Вот простой механизм удвоения винтовой лестницы, воспроизводящей длинную молекулу ДНК.
Как мы помним, каждая ступенька лестницы это определенная пара нуклеотидов. При делении клетки лестница расщепляется в длину на две части в результате разрыва каждой ступеньки посередине (рис. 54).
Рис. 54. Воспроизведение ДНК. а — молекула ДНК, для ясности устранены спиральные витки; б — продольное расщепление ДНК; в — каждая половина ДНК «собирает» нужные нуклеотиды и образует новую полную молекулу ДНК, тождественную исходной.
Оба члена пары, составляющей ступеньку, просто разделяются, так что образуются две половинки лестницы. Вспомним теперь, что в это время клетка содержит свободно плавающие нуклеотиды, которые производятся особыми белками (ферментами). Поэтому каждая половинка ступеньки находит в клетке соответствующий нуклеотид и снова образует целую ступеньку. В результате этого процесса получаются две лестницы с точно одинаковым порядком ступенек; после деления каждая попадает в одну из вновь образовавшихся клеток.
52
Так как существует четыре различных типа нуклеотидов, сочетания из двух пар дают только 16 комбинаций и не могут однозначно отвечать 20 аминокислотам. Как минимум, необходимы сочетания из трех пар нуклеотидов. В настоящее время доказано, что это действительно так, и найдено, каким тройкам соответствуют какие аминокислоты. Подробнее см. сборник «Живая клетка» под редакцией Г. М. Франка, ИЛ, 1962. (
53
На самом деле белки не составляются непосредственно на молекуле ДНК. Сначала образуются копии тех частей ДНК, которые содержат информацию об одном определенном белке. Эти копии находятся в виде других нуклеиновых кислот, РНК (рибонуклеиновых кислот), представляющих собой цепи одиночных нуклеотидов, а не пар, как в ДНК. Каждая из таких копий, конечно, гораздо короче исходной ДНК, так как она содержит только часть, относящуюся к одному белку. Мы называем ее РНК-переносчиком. Для каждого типа белка имеется особый переносчик. Они движутся от «ядра» клетки, где находятся ДНК, и попадают в так называемые рибосомы, специальные места клеток, отведенные для производства белков. Здесь РНК-переносчик находит различные аминокислоты, которые затем выстраиваются в правильном порядке, требуемом для образования определенного белка. Группа звеньев в цепи РНК притягивает один вид аминокислот, следующая группа звеньев — другой и т. д. В рибосомы входят еще такие вещества, которые нужны для того, чтобы помочь аминокислотам найти правильные места вдоль РНК-переносчиков и соединиться друг с другом.