Читаем Клеймо создателя полностью

События, связанные с эволюцией Вселенной и коротко описанные выше, привели, в конечном счете (а может быть, и «в том числе») к возникновению жизни, центральным феноменом которой стало объединение мира нуклеиновых кислот и мира белков в единую автокаталитическую суперсистему, для чего потребовалось связующее звено обоих миров, доведенное до необходимого состояния – так называемый генетический код. Генетический код – это набор инструкций для однонаправленного перевода нуклеотидной последовательности в полипептидную. Таким образом, сегодняшний код составляют два компонента. Первый – кодирующий – компонент – это четыре азотистых основания (или нуклеотида, когда они фосфорилированы и составляют цепи РНК или ДНК).

Общее обозначение азотистых оснований приведено в таблице:

Из них состоит полинуклеотид – рибо– или дезоксирибонуклеиновая кислота, РНК или ДНК. В случае РНК четыре нуклеотида – это два пурина (аденин и гуанин в табличках ниже) и два пиримидина – урацил и цитозин. В молекуле ДНК одно из перечисленных оснований – урацил – заменен на тимин (T):

Полимером правовращающего сахара – рибозы или дезоксирибозы – в цепочку РНК или ДНК соединены трифосфаты этих оснований. Здесь показаны структуры одноцепочечных молекул ДНК (вверху) и РНК (внизу):

Второй – кодируемый – компонент генетического кода – это аминокислоты, из которых состоят полипептиды или белки. Из более ста пятидесяти природных аминокислот кодируемыми являются (по преимуществу) только 20:

Для обозначения аминокислот (напомним, что кодируемыми являются альфа-L-аминокислоты) используют либо трех-, либо однобуквенные символы; мы – как уже сказано – будем пользоваться последними. В таблице выделены гидрофильные (синие ячейки и белые буквы названий) и гидрофобные (желтые ячейки) аминокислоты, аминокислоты, способные нести заряд, отмечены знаками (+) или (-), ароматические аминокислоты (бирюзовые ячейки в колонке символов, иминокислота пролин – бирюзовое выделение); серусодержащие аминокислоты (желтые ячейки в колонке символов). В формуле молекул справа – одна и та же константная часть (участвующая в пептидной связи; полужирный шрифт), слева – боковая часть молекулы или радикал (R). Молекула пролина приведена к общей схеме гипотетическим размыканием (релаксацией) иминного кольца.

Очевидно, что аминокислоты отличаются друг от друга химической природой боковой цепи, которая состоит из группы атомов в молекуле аминокислоты, связанной с α-углеродным атомом и не участвующей в образовании пептидной связи при синтезе белка. Всѐ разнообразие особенностей структуры и функции белковых молекул связано с химической природой и физико-химическими свойствами радикалов аминокислот. Именно благодаря им, белки наделены рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимерам, и обладают химической индивидуальностью. Благодаря им, вновь синтезирующаяся полипептидная цепочка приобретает вторичную структуру, образуя определенной длины однотипные спирали, складчатость и повороты (изломы). Эта структура, в свою очередь, складывается в уникальную третичную, которая и обладает определенными функциями. Они могут быть усилены или модифицированы четвертичной белковой структурой, которую формируют уже не отдельные полипептиды, а их комбинация.

Это общие сведения (trivia) о компонентах генетического кода. Приводим его стандартную (каноническую) таблицу. Синим выделены в ней кодирующие и кодируемые элементы группы вырожденности IV октета 1 (см. ниже); серым – элементы октета 2 групп вырожденности I (темно-серые), III (светлее) и II (еще светлее). В неокрашенных ячейках – терминирующие кодоны. Чтобы подчеркнуть характер непосредственных участников процесса декодирования, то есть молекул РНК, четырьмя основаниями в таблице часто выбираются основания U, C, A и G. Именно на таком порядке настаивал Френсис Крик – не помню точно, почему, – может быть, потому, что, скажем, теория граничных орбиталей химической реактивности, которая была разработана для сравнения вероятностей стабилизации избыточных электронов для различных ДНК-составляющих, предсказывает снижение электронного сродства и потенциалов ионизации, подтверждаемое экспериментальными данными, именно в порядке TCАG51.

ВТОРОЙ НУКЛЕОТИД

Функция молекулы ДНК – не декодирование, но хранение генетической информации. Поскольку выбор «главной» из этих двух функций – задача очевидно нелепая, таблицы кода с ДНК-основаниями Т, C, A и G встречаются не менее часто.

Напомним теперь восемь основных свойств генетического кода, определяющих сопоставление нуклеотидов и аминокислот, и девятое – альтернативное.