О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5-6. Схема специфических взаимодействий между белком и другими молекулами. Две молекулы могут взаимодействовать только в том случае, если подходят друг к другу “как ключ к замку”. Это обеспечивает специфичность действия ферментов, антител и т. п. Место связывания субстрата ферментом называется активным центром. Обычно он образуется в результате сближения отдаленных частей белковой цепи. Справа показана молекула миоглобина — белка, который содержится в мышцах. Он способен связывать гем (показан черным) ¦— железосодержащую группу, способную в свою очередь присоединять кислород. Белковая цепь миоглобина свернута таким образом, что несколько отдаленных участков ее цепи оказываются сближенными в пространстве и формируют центр для связывания гема. Замены аминокислот в цепи, происходящие даже вне этого центра, могут повлиять на структуру всей молекулы и изменить конфигурацию центра.
фермент не может катализировать реакцию. Белки могут действовать как специфические катализаторы только при точном соответствии между активным центром и субстратом.
Активный центр образуется из нескольких участков белковой цепи, иногда весьма удаленных друг от друга, которые при ее сворачивании оказываются сближенными (рис. 5-6, В). Изменения в одной части цепи могут оказывать влияние на пространственную структуру других частей. Поэтому замена одной аминокислоты другой даже на некотором расстоянии от активного центра может либо влиять на специфичность фермента, либо полностью разрушить активный центр. Такой способ создания и видоизменения активных центров очень гибок, и путем использования различных аминокислотных последовательностей можно получать самые раз-
нообразные активные центры. В этом одна из причин того, что в роли биологических катализаторов выступают именно белки, а не какие-либо другие вещества.
От набора ферментов, т. е. катализаторов, зависит, какие именно реакции будут протекать. В следующей главе мы вкратце опишем, каким образом этот набор в свою очередь определяется генетической информацией, закодированной в “веществе наследственности” — дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Именно, эта информация и определяет в конечном счете свойства организма.
Глава 6
Генетическая информация
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ. Для построения всех белков организма необходима точная информация о расположении нескольких миллионов аминокислот в их молекулах. Она содержится в генетическом материале — дезоксирибонуклеиновой кислоте, или ДНК, Это линейный полимер, построенный из нуклеотидов четырех типов. Последовательность аминокислот каждого белка закодирована в ДНК последовательностью нуклеотидных триплетов (троек), называемых кодонами и определяющих типы аминокислот в белке. Этот код одинаков у всех организмов, что указывает на единство происхождения всего живого.
Способ пространственной укладки белковой цепи всецело зависит от ее аминокислотной последовательности; таким образом, линейная (одномерная) последовательность нуклеотидов в ДНК опосредованно определяет трехмерную структуру белков.
О сложности организма можно приближенно судить по числу пар нуклеотидов, образующих его ДНК. У самых простых организмов — бактерий — их около двух миллионов; это близко к минимальному уровню сложности самореплицирующейся системы. У высших многоклеточных организмов количество ДНК на одну клетку по крайней мере в тысячу раз больше.
ЧеМ ближе родство между организмами, тем более сходны последовательности их ДНК; даже у растений, животных и бактерий можно обнаружить их частичное сходство. Это говорит о том, что все живые организмы генетически родственны и происходят от общего предка.
<ттттШОШШтттттШтттШШттттШ!ЖттттютШ»
В живой химической машине в роли ее рабочих частей выступают белки, большая часть которых — катализаторы, или ферменты. Для создания этих белков необходимо точно разместить в их молекулах миллионы аминокислотных остатков. Информа-
5—305
ция об этом размещении содержится в генетическом материале дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).
Динамическое состояние белков
Можно было бы подумать, что если белки уже созданы, то генетическая информация больше не нужна. Действительно, организм, содержащий в данный момент полный набор белков, безусловно, жизнеспособен. И тем не менее, если организм утратит такую информацию, он будет жить очень недолго.
Лишить организм генетической информации можно, облучив его большой дозой рентгеновских лучей, которые разрушают ее носителей — нуклеиновые кислоты. Сразу после облучения никаких видимых изменений не происходит, но спустя короткое время организм погибает. Все дело в том, что большинство компонентов живого находится в динамическом состоянии, т. е. непрерывно обновляется. Белки все время распадаются, и их все время необходимо замещать вновь синтезированными молекулами, а для этого нужна генетическая информация. Когда она отсутствует, такая замена белков невозможна, и поэтому организм, облученный рентгеном, погибает.
Открытие ДНК
Уже давно было известно, что в клетках есть особый участок, который выявляется при их специальном окрашивании, — клеточное ядро. Были основания предполагать, что оно играет важную роль в делении клеток. В связи с этим швейцарский биохимик Миш,ер (1845-1895) выделил ядра из клеток гноя, а из них в конце 60-х годов получил неизвестное ранее фосфорсодержащее вещество, которое он назвал нуклеиновой кислотой. Результаты его исследований были опубликованы в 1871 г. Открытие казалось столь неожиданным, что Хоппе-Зейлер, редактор журнала, задержал публикацию до тех пор, пока сам не повторил с успехом эту работу.
