Александр Гордон - Диалоги (май 2003 г.)

А.Р. Несомненно, часть этих РНК участвуют в каталитических процессах, то есть являются рибозимами – таких немного. РНК входит в состав целого ряда ферментов, важных ферментов. Например, есть РНК, который входит в состав фермента теломераза. Это фермент, который участвует в поддержании целостности концов хромосом. РНК входит в состав частиц, ответственных за транспорт белков, которые производятся на экспорт. Функции самые разнообразные…

А.Г. А чем вы занимаетесь сейчас и как РНК связано с этим?

А.Р. Здесь я могу сказать вот что. Если вы помните, когда мы с вами обсуждали, что же главное в старении, мы говорили, что очень важно воспроизводство белков, обновление белков. И вот в геронтологии многие обсуждают – что же более важно? Скажем, повреждение ДНК или повреждение белков в старении? И вот совсем недавно, несколько месяцев назад мы обнаружили совершенно неожиданную вещь. Оказалось, что ключевым в старении, по крайней мере для нематод, является повреждение РНК.

А.Г. А как происходит повреждение РНК?

А.Р. Мы ещё не знаем, но на самом деле в процессе старения у нематод происходит массивное повреждение РНК, которое гораздо сильнее, чем повреждение белка или повреждение ДНК.

А.Г. То есть, РНК – это всё-таки основа.

А.Р. Да, оказывается РНК – основа основ. Конечно, мы не знаем – так ли это для человека, но, по крайней мере, мы теперь точно знаем, что…

А.Г. …для нематод это так. Но это совсем свежие эксперименты, буквально сегодняшнего дня. А дальше логика развития этих экспериментов какая?

А.Р. Естественно, будем выявлять конкретный механизм: почему это происходит и можно ли это предотвратить?..

Асимметрия и возникновение жизни

Участники:

Аветисов Владик Аванесович – доктор физико-математических наук.

Костяновский Рэм Григорьевич – доктор химических наук.

Александр Гордон: Доброй ночи! Опять и опять об одной из самых интригующих, волнующих и неразрешимых тем пока – происхождении жизни, но на сей раз-то с другой немножко точки зрения, чем это было прежде в наших передачах. Сегодня мы поговорим о том, что такое симметрия в живом и неживом, и почему её нарушение может привести к тому, что мы называем «феноменом жизни»? Правильно я всё сказал?

Владик Аветисов: Да, конечно.

А.Г. Итак, пожалуйста, кто начнёт?

Рэм Костяновский: Начнём с общеизвестной талидомидной трагедии, потому что финал этой страшной истории, видимо, мало кому известен.

С 1957 года по 1962 год во многих странах Западной Европы, Канады, Бразилии, Японии и Австралии родились десятки тысяч детей с пороками развития костных тканей, вплоть до полного их отсутствия. Тщательное расследование причин привело к препарату одной немецкой фирмы, который широко распространился в мире и использовался беременными женщинами как успокоительное и мягкое снотворное. Но лишь 17 лет спустя удалось показать, что дело было в действующем начале этого препарата: имиде талоилглютаминовой кислоты, в хиральном соединении, которое было разделено на энантиамеры, на зеркальные антиподы. Испытание этих антиподов показало, что только левый антипод вызывает эти страшные уродства, тогда как правый является совершенно безопасным лекарственным средством. Многие органические соединения, хиральные органические соединения подобного типа, энантиамеры этих соединений, скажем, душистые вещества, обладают совершенно различным запахом и разным вкусом. Это заметил ещё Пастер, когда на заседании французской Академии наук, обсуждая открытие левого и правого аспарагина, высказал идею о том, что это различие восприятия обусловлено диссимметрией живых тканей – рецепторов, с нынешних позиций. В исследованиях хиральных соединений, которые характеризуются несовместимостью со своим зеркальным отражением (это и есть зеркальные изомеры) выяснилось постепенно, что живая природа построена именно на основе этого строительного материала. То есть только одна зеркальная форма используется ею как строительный материал.

В.А. Да, это действительно одна из самых захватывающих проблем. Зеркальная симметрия, это, конечно, только один из типов симметрии, симметрий может быть много. Но факт нарушения зеркальной симметрии, пожалуй, интересовал человека всегда гораздо больше, чем факт нарушения какой-либо другой симметрии.

Давайте всё-таки обратимся к тому, в чём состоит феномен нарушенной зеркальной симметрии биоорганического мира. Что мы об этом знаем сейчас, спустя 150 лет после Пастера? Мы знаем, что очень многие органические соединения, из которых построено живое, на самом деле являются соединениями хиральными, то есть соединениями, которые могут существовать в виде двух зеркально антиподных форм. Слово «хиральность» от греческого слова «хеир» – «рука», «ручность», как две руки, левая и правая. Но ведь отразить в зеркале можно всё, что угодно. Особенность тут состоит в том, что отражённый предмет невозможно совместить с исходным. Вот если вы не можете отражённый в зеркале предмет совместить с исходным, вот такой объект называется хиральным. Если можете, то он ахиральный.

А.Г. А что значит «совместить» в данном случае?

В.А. Это означает, как сказал лорд Кельвин, определяя хиральность, совместить путём непрерывного перемещения в пространстве.

Р.К. До полного слияния.

В.А. Да, совершить полное слияние. Итак, мы знаем, что многие биоорганические соединения хиральны. Это первое. Второе. Мы видим и знаем, что из двух возможных зеркальных антиподов этих хиральных соединений в живой природе, в структуре клеток используется только один. И пример с талидомидом как раз говорит о том, насколько опасно использовать другой.

Что мы ещё знаем? Мы знаем, что на самом деле у нас нет единообразия в зеркальных изомерах каких-то веществ – в целом. Например, если мы возьмём какое-либо соединение в клетке одного организма, то в клетке другого организма, микроба, например, это соединение может быть в другой форме. Но оно обязательно будет в определённой форме. Но что мы знаем, так это то, что все аминокислоты, которые входят в состав функциональных белков, это только левые аминокислоты. Таким образом, белок – это есть полимерная такая цепочка, сделанная только и только из левых аминокислот. По крайней мере, мы не обнаружили ни одного функционального белка, в котором была бы хотя бы одна правая аминокислота.

Полипептиды с правыми аминокислотами есть, например, нейропептиды и так далее, но это не функциональные белки. То есть организмы используют противоположную аминокислоту для строения, для разных функций. Но белки собраны только из левых аминокислот. Поразительным является ещё тот факт, что РНК и ДНК собраны только из правых сахаров. При этом надо заметить, что левые аминокислоты и правые сахара – это не есть зеркальные антиподы. Так просто сложилось, что одни стали называть левыми, а другие стали называть правыми, вот, собственно, и всё.

Таким образом, получается, что, во-первых, у нас эти цепочки самых важных молекул в жизни – белков и аминокислот – собраны только из кирпичиков одного типа хиральности. Это называется свойством гомохиральности, гомохиральные полимеры. И, во-вторых, мы нигде не встречали каких-либо признаков жизни с противоположным строением. То есть, мы нигде не встречали белки, пусть гомохиральные, но собранные из правых аминокислот. Или РНК, или ДНК, тоже пусть гомохиральные, но собранные из левых сахаров.

Почему это должно поражать наше воображение? Потому что есть всё-таки какие-то фундаментальные законы и фундаментальные представления, которыми мы пользуемся в обычной жизни. А эти представления говорят буквально о следующем. Что ответственным за все химические превращения является электромагнитное взаимодействие. А электромагнитное взаимодействие сохраняет зеркальную симметрию. Именно поэтому зеркальные антиподы – левая и правая молекула – в химических реакциях проявляет себя одинаково. Спрашивается, каким же образом в мире, который управляется симметричными силами или симметричными взаимодействиями, могло возникнуть полное нарушение симметрии? Вот это и есть та загадка, над которой бьётся уже, по крайней мере, 150 лет множество учёных.

Конечно, для того чтобы поговорить об этом, о том, каковы взгляды на эту проблему, мы должны перейти (если мы говорим об эволюционном аспекте этой проблемы) к некоему эволюционному сценарию. На самом деле, сейчас не так важно для нас, каков конкретный сценарий. Мы понимаем, что как бы мы ни рассматривали эволюцию Вселенной или эволюцию на Земле, у нас, безусловно, возникает некий химический мир. А раз возникает химический мир, то он должен быть симметричным. Предположим, что у нас есть некий этап, на котором возник симметричный химический мир. Пусть далее в результате каких-то причин этот симметричный мир оказался асимметричным, то есть произошло нарушение симметрии. И возник какой-то асимметричный, но тоже химический мир. И пусть далее в этом уже асимметричном химическом мире каким-то образом (каким, пока мы не знаем) возникли сложные структуры, похожие на белки РНК и ДНК, и зародилась жизнь. Тогда, если мы представляем себе такую логику развития событий, мы должны задать, по крайней мере, два вопроса. Вопрос первый: а возможно ли нарушение зеркальной симметрии в ходе естественных природных процессов? И вопрос второй: а возможна ли сборка сложных структур, пусть даже в асимметричном хиральном мире? Вот об этих двух вопросах – с точки зрения хиральной упорядоченности и хиральной специфики живого материала – мы и поговорим.