| |
 |
Глава 3
Но теорию белкового кода так ничто и не спасло. Вместо этого очередное открытие оказалось последним гвоздем, заколотившим крышку ее гроба.
У одной бактерии, возбудителя пневмонии, есть два штамма. Клетки бактерий одного из них покрыты гладкой сахарообразной пленкой; этот штамм обозначается буквой S. Клетки бактерий другого штамма пленки не имеют, и этот штамм обозначается буквой R.
В 1928 году выяснилось, что если партию убитых кипячением бактерий штамма S добавить в колонию живых бактерий штамма R, то в результате появятся живые бактерии штамма S!
Мертвые S + Живые R - > Живые S
Предположить, что мертвые бактерии S ожили, было просто немыслимо, поэтому осталось только сделать вывод, что живые бактерии R превратились в живых бактерий S, и что причиной тому послужило нечто, имеющееся в мертвых бактериях S.
Самым верным казалось предположение о том, что бактерии S обладают неким геном, который управляет выработкой фермента, необходимого для формирования оболочки, а у бактерий R такого гена нет, а значит - нет и фермента, и оболочки.
Однако в мертвых бактериях S этот ген никуда не делся, и когда мертвых бактерий S добавили в колонию живых бактерий R, некоторые бактерии штамма R каким-то образом извлекли этот ген из их тел, и приобрели таким образом способность формировать оболочку, то есть, фактически стали принадлежать к штамму S.
В 1931 году выяснилось, что добавление мертвых бактерий в нетронутом виде тоже не является обязательным для превращения R в S. Того же самого удалось добиться с помощью экстракта бактерий. Получается, что и экстракт мог содержать необходимый ген.
Появилась надежда, что этот экстракт можно будет очищать дальше, до тех пор, пока не будет выделен сам ген. В 1944 году этот уровень был достигнут, и природа химического носителя гена поразила химиков, как удар грома. Трое химиков из Института Рокфеллера - Освальд Эйвери, Колин МакЛеод и Маклин МакКарти продемонстрировали, что носителем гена является нуклеиновая кислота, и только она. Им удалось превратить бактерии штамма R в бактерий штамма S с помощью одного лишь раствора нуклеиновых кислот, безо всяких белков!
Позже появились и другие примеры превращения бактерий одного штамма в бактерии другого, и в каждом случае веществом, производившим подобную трансформацию, была нуклеиновая кислота. Так что сомнений не оставалось: носителем генетического кода является только нуклеиновая кислота.
Восход нуклеиновой кислоты
Если у биохимиков и оставались еще какие-то былые сомнения в том, что нести характеристики всего живого может нечто иное, чем белок, то в эксперименты, проводимые в начале 1950-х годов на материале молекул вируса, окончательно их развеяли.
После Второй Мировой войны производство электронных микроскопов дошло до такого уровня, когда этот инструмент стал во-первых, вполне надежным, а во-вторых, доступным по цене для средней научной лаборатории. Электронные микроскопы, чьи увеличительные возможности в значительной степени превышали возможности обычных оптических микроскопов, впервые позволили воочию лицезреть вирусы, что резко увеличило интерес к их изучению.
Оказалось, что вирусы состоят обычно из полой белковой оболочки, внутри которой скрывается молекула нуклеиновой кислоты. Последняя представляет собой единую длинную цепь, а белковая оболочка - последовательность одинаковых небольших секций. На этом этапе стало вдруг понятно, что белок, в общем-то, не столь уж обязательно является более сложным соединением, чем нуклеиновая кислота. Вирусы явили миру пример структуры, в которой молекулы нуклеиновой кислоты были явно крупнее любой имеющейся в ней белковой молекулы. Разумеется, сам по себе размер еще не означает сложности, о чем я уже упоминал, и к чему еще вернусь.
В 1952 году двое биохимиков, Альфред Херши и Марта Чейз, провели один крайне важный эксперимент на бактериофагах - вирусах, заражающих клетки бактерий. Эти вирусы проникают в клетку и начинают размножаться в ней до тех пор, пока клетка не умирает. Клеточная мембрана лопается, и вирусы разлетаются наружу.
Херши и Чейз сначала вырастили бактерии в среде, содержащей радиоактивные атомы серы и фосфора. С химической точки зрения такие атомы ведут себя, как обычные атомы серы и фосфора, так что бактерии обычным образом поглощали их и встраивали в состав собственной ткани. Однако, радиоактивные атомы отличаются от обычных тем, что испускают энергонесущие частицы, которые с помощью специальной аппаратуры можно отследить. Причем излучение радиоактивного фосфора отличается от излучения радиоактивной серы. Иными словами, выросшие в такой радиоактивной среде бактерии можно считать "мечеными".
На втором этапе эти меченые бактерии были заражены бактериофагами. После того, как это произошло, вирусы принялись размножаться в клетках, используя для собственного строительства материалы клетки - то есть, новые вирусы тоже оказывались мечеными. Однако, в метках вирусов наблюдалась особая закономерность. Дело в том, что в белковых молекулах практически неизбежно имеется атом серы, а фосфор есть далеко не всегда, да и том в крайне небольших количествах. А вот в состав нуклеиновых кислот как раз наоборот - фосфор входит всегда, а сера - никогда. То есть, если бактериофаг несет и "фосфорную" и "серную" метки, то имеющийся в нем фосфор находится в ядре, состоящем из нуклеиновой кислоты, а сера - в белковой оболочке.
И вот настал последний, решающий этап. Мечеными бактериофагами были заражены нормальные, не радиоактивные бактерии. Теперь наличие радиоактивных атомов могло свидетельствовать только о присутствии вируса. Так вот, в бактерии внедрялся только один радиоактивный элемент из двух. И это был фосфор. А радиоактивная сера оставалась снаружи, и ее спокойно можно было смыть, или даже просто стряхнуть.
Неизбежно напрашивался вывод о том, что в бактерию проникала лишь сердцевина вируса - нуклеиновая кислота, а белковая оболочка оставалась снаружи, сброшенной. А оказавшись внутри бактерии, нуклеиновая кислота вируса быстро начинала строить не только подобные ей молекулы нуклеиновой кислоты, отличные от нуклеиновых кислот, свойственных самой бактерии, но также и новые белковые оболочки!
Теперь уже никуда нельзя было деться от того факта, что носителем генетического кода, по крайней мере в данном конкретном случае, является не белок, а нуклеиновая кислота; что именно нуклеиновая кислота, без помощи белка, способна управлять формированием специфических белковых молекул. По крайней мере, молекулы белковой оболочки новых вирусов были в точности такими же, как и те, что остались сброшенными перед внедрением в бактерию, отличаясь от всех белков, имевшихся в самой бактерии.
Несколько лет спустя по белковой теории наследственности был нанесен следующий удар. В 1955 году Хайнц Френкель-Конрат разработал тонкие технологии выделения нуклеиновой кислоты из белковой оболочки вируса табачной мозаики без вреда как для белка, так и для самой нуклеиновой кислоты. По отдельности каждая из обеих составляющих не имела инфицирующей способности - то есть, и белок, и кислоту можно было распылять на листья табака без риска вызвать само заболевание, которое было бы сразу заметно по своим симптомам - характерному крапчатому обесцвечиванию листьев. Однако, если снова смешать разделенные белок и нуклеиновую кислоту, то часть молекул последней каким-то образом вновь попадала обратно в белковую оболочку, и получившаяся смесь опять обретала способность к заражению растений. На следующий год Френкель-Конрат сумел уточнить, что это только белок полностью теряет инфицирующую способность после разделения вируса, а нуклеиновая кислота все же сохраняет ее, хотя и в крайне малых объемах.
Вывод ясен. Белковая оболочка служит, в первую очередь, как "скелет", предназначение которого - защищать главную, нуклеиновокислую, часть вируса. Кроме того, в белковой оболочке содержится фермент, проделывающий в клетке бактерии входное отверстие (сам фермент в итоге был выделен в 1962 году), через которое проникает нуклеиновая кислота, отбросив отработавший свое белок.
В отсутствие белковой оболочки нет и фермента, который бы открыл нуклеиновой кислоте путь в клетку, поэтому чистая нуклеиновая кислота теряет способность заражать подавляющее большинство клеток. Сама по себе она может проникнуть в клетку только через какую-нибудь случайную трещину, и тогда происходит полноценное заражение даже при отсутствии белка.
Можно провести аналогию между нуклеиновой кислотой в белке и человеком в автомобиле. Человек в автомобиле без проблем доберется от Нью-Йорка до Чикаго. Если же человека и автомобиль разделить, задача эта окажется для каждого из них по отдельности практически невыполнимой. Автомобиль сам по себе вообще никуда не сдвинется, человек же, конечно, может дойти от Нью-Йорка до Чикаго пешком, но для того у него должны быть ну очень серьезные мотивы. В целом же понятно, кто из пары "автомобиль и человек" является главным, и совершенно так же становится ясно, что нуклеиновая кислота является главным членом пары "белок и нуклеиновая кислота".
Все эксперименты, проводимые, начиная с 1944 года, указывали на то же самое. Именно нуклеиновая кислота является носителем генетического кода всех видов живых существ, и клеток, и вирусов. Белок никогда не несет этой информации. Так, что, начиная с конца 1940-х годов, химики переключили свой интерес на молекулы нуклеиновых кислот.
То же самое предстоит сделать и нам, поскольку сейчас мы начнем разбираться в строении нуклеиновой кислоты (как до этого разбирались в строении белков), для того, чтобы проникнуть в природу генетического кода.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21
| |
| |
|
|
|
