Станислав Галактионов - Беседы о жизни

Затем речь пошла бы о работах выдающихся биохимиков (это уже конец XIX — начало XX века), в которых было со всей очевидностью показано, что суть жизни состоит в непрерывной и очень хитроумно устроенной последовательности химических реакций, происходящих в клетке. И наконец, красочно был бы описан «взрыв» биологии, происшедший в последние десятилетия: появление молекулярной биологии, которая в основном занимается всего лишь двумя типами биологических молекул — белками и нуклеиновыми кислотами, ибо жизненные процессы «на молекулярном уровне» зависят главным образом именно от них.

Подобный «историзм» изложения удобен не только потому, что избавляет авторов от необходимости мучительно соображать, о каких вопросах следует упомянуть вначале, а какие оставить для более позднего рассмотрения (кстати, в том, что эта проблема не надумана, читателю придется убедиться очень скоро). Весьма привлекательной кажется также и возможность описания всяких любопытных исторических подробностей: от покроя камзолов и формы шляп биологов XVIII века до любимых сортов сигарет современных нобелевских лауреатов — молекулярных биологов, благо дотошные историки науки и репортеры крупнейших газет мира докапываются и до более мелких деталей жизни великих ученых. И — позволим себе пофантазировать — история открытия крупным немецким зоологом М. нового вида ракообразных будет куда более интересной, если учесть, что именно в это время его бедное сердце разрывалось от неразделённой любви к баронессе фон Н. …

Более того, следуя приведенной схеме, можно не опасаться зловещего вопроса, который все еще иногда раздается на научных собраниях самого разного уровня: а с чего бы это биологам, которые испокон веков имели дело с организмами, заниматься изучением каких-то там молекул? К сожалению, опасения такого рода никак нельзя назвать шуточными: еще пару лет назад, присутствуя на защите диссертации, посвященной теоретическому исследованию биологических молекул, диссертации, насквозь биологической, хоть и выполненной с помощью математических формул и электронно-вычислительной техники, авторы были свидетелями вопроса, заданного одним из членов ученого совета: почтенный профессор поинтересовался, какие именно организмы имел диссертант в своем распоряжении для проведения работы…

И тем не менее мы скрепя сердце вынуждены отказаться от выгод, которые предоставляет нам «естественное» историческое течение повествования. Наша цель — разговор о молекулярной биологии, и в этом случае предпочтительнее вести речь не о пути, пройденном биологией от «организма к молекуле», а об исследованиях обратного направления — «от молекулы к организму». Мы попытаемся построить замкнутую схему «элементарных» жизненных явлений на основе описания строения, свойств и способа возникновения молекул белка — основы всех жизненных процессов.

Наш подход, конечно, не является оригинальным; достаточно вспомнить знаменитое определение Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел»; авторы обращают внимание на этот момент главным образом потому, что намерены в своем изложении очень значительно урезать в правах «нуклеиновую» часть молекулярной биологии, ограничиваясь тем ее минимумом, который необходим для иллюстрации роли нуклеиновых кислот как раз в обеспечении «существования белковых тел».

Впрочем, такое построение книги нам представляется вполне естественным, может быть, потому, что ее черновой вариант писался на бумажных отходах нашей профессиональной деятельности — распечатках ЭВМ, содержащих результаты расчетов строения различных элементов белковых молекул. Конечно же, далеко не всякий разговор о белках окажется разговором об основе жизни, но всякий разговор об основе жизни — это прежде всего разговор о белках, а мы собрались как раз побеседовать о жизни…

Говорят, интеллигентная барышня середины прошлого века обычно получала свое образование в Институте благородных девиц. Прилежная выпускница, полностью усвоившая программу этого заведения, умела музицировать, танцевать и изъясняться на некоторые темы по-французски. С тех пор минули многие десятилетия. В наши дни любая барышня (авторы позволяют себе перенести в современность этот несколько архаичный, но, несомненно, очень емкий термин) со средними претензиями на интеллигентность знает, что ДНК — носитель наследственной информации. Это ей известно не менее достоверно, чем, скажем, то, что E = mc2.

Разумеется, нам нечего возразить информированной барышне. Во-первых, потому, что дело обстоит именно так, во-вторых, потому, что двумя-тремя бестактными замечаниями легко нарушить ощущение ее интеллектуального комфорта, а это, согласитесь, поступок, совершенно недостойный галантных кавалеров. Лучше польстить сравнением ее удобного научного образования с наукой, изобретенной подрядчиком Модели из рассказа американского писателя Р. Шекли «Планета по смете». Модели, помнится, тоже отвечал на возмущенные вопросы заказчика планеты Земля — господа бога — о том, почему горы так высоки, а океанов так много, одним решительным утверждением: «Таковы законы природы». В большинстве случаев такого объяснения оказывается достаточно, однако рано или поздно находятся неуживчивые люди, которые начинают задавать бестактные вопросы.

Почему именно ДНК? Каким образом эта самая генетическая информация размещена в ДНК?

Заранее оговоримся: ответ на эти вопросы сложен и в полной мере еще неизвестен, но именно на пути поиска такого ответа и произошли удивительные события, приведшие в конечном счете к утверждению самого термина «молекулярная биология». Да и нетрудно понять, что без этого сам по себе тезис: «ДНК — вещество, содержащее наследственную информацию» — мало чем отличается от совсем уж общего принципа: «Существует материальный носитель наследственности», споры в отношении которого как будто бы утихли.

Итак, нас интересует ДНК. Объяснение начнем с самого простого: ДНК — это сокращенное название дезоксирибонуклеиновой кислоты. Будем считать, что понятие «кислота» не требует пояснений, «нуклеиновая» же означает «ядерная», содержащаяся в ядрах клеток (от латинского слова «нуклеус» — ядро). Смысл туманной приставки «дезоксирибо» выяснится впоследствии.

Молекулы этого химического соединения с чуточку хитроумным названием можно найти в каждой клетке каждого организма. Впрочем, бывают и клетки, в которых ДНК как будто нет, но, с другой стороны, бывает и внеядерная ДНК. Читателя, который при этих словах встрепенулся, чтобы схватить авторов за руку и указать на очевидную бессмыслицу — «внеядерная ядерная кислота», — просим выслушать коротенькое оправдание.

Когда какая-либо наука развивается особенно быстро, например, как нынешняя молекулярная биология, новые термины возникают почти бесконтрольно, и тут уж не до здравого лингвистического смысла. Лучший пример тому — история с немецким словом Eiereiweiß, обозначающим «яичный белок». Все произошло крайне просто. Ei — по-немецки «яйцо», weiß — «белый», естественно назвать белок яйца Eiweiß. Затем, однако, этот термин стал использоваться в немецком да и в других языках для обозначения белков вообще как класса химических соединений. Тогда совершенно естественным и закономерным образом немецкий язык обогатился новым словом Eiereiweiß (что-то вроде «яичный белок яиц»).

Это отступление — вовсе не попытка еще раз подшутить над известными особенностями немецкого языка, тем более что всякому, кто за это возьмется, придется соревноваться с самим Марком Твеном. Чтобы окончательно избежать подозрений на этот счет, сошлемся на популярный русский термин из области физиологии (бог весть что он обозначает, но мы точно знаем, что он существует): «гипоксическая гипоксия».

Устройство молекулы ДНК сложно, а с точки зрения химика, даже хитроумно, но общие его принципы понять все же нетрудно. ДНК — полимер и, как всякий полимер, представляет собой цепочечную структуру довольно унылого вида. Цепь ДНК может быть линейной, реже — циклической, но никогда не бывает ветвящейся. Элементы основной цепи молекулы — остова — одинаковы для всех звеньев, так же как и отходящие от каждого звена отростки. А вот присоединенные к отросткам плоские молекулярные структуры могут быть четырех различных типов. Как раз благодаря им цепочка ДНК оказывается неоднородной. В каждом звене этой цепочки может, таким образом, находиться одно из четырех особых химических соединений — оснований, названия которых полезно запомнить: аденин, гуанин, цитозин, тимин, а химические формулы этих соединений знать пока необязательно. Стоит, пожалуй, лишь отметить, что в состав каждого из оснований входит фрагмент, удивительно близкий по структуре молекуле сахара, называемого «рибоза»; поскольку все отличие между ними заключено в том, что у рибозы на один атом кислорода больше, фрагмент называется «дезоксирибозой», то есть «рибозой без кислорода». Так что теперь слово «дезоксирибонуклеиновая» понятно полностью.