Ядерные излучения и жизнь - [38]

Главным хранителем информации является, очевидно, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), расположенная в ядрах клеток и входящая в состав сложной структуры хромосом. Как показали опыты английских исследователей Уотсона и Крика, молекула ДНК состоит из двух самостоятельных полинуклеотидных цепочек, связанных между собой водородными связями, но способных при определенных условиях разделяться. По последним данным, полученным профессором А. М. Кузиным и его учениками, молекулы ДНК способны объединиться в еще более сложные надмолекулярные структуры, имеющие немало общего со сложными хромосомными структурами. Молекулы ДНК служат как бы штампом, матрицей, на которой синтезируются, штампуются молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК), передающие наследственную информацию дальше - молекулам белхов, в том числе ферментативных. В свою очередь синтез нуклеопротеидных структур осуществляется при участии ряда ферментов.

Отдельные участки молекулы ДНК, носящие название генов или цистронов, хранят в закодированном виде сведения, планы устройства отдельных белков. Чтобы эта зашифрованная схема превратилась в реальную белковую молекулу, необходим очень сложный, но точно работающий механизм реализации наследственной информации.

Как же работает этот удивительный, ни с чем не сравнимый механизм? В спирально изогнутой двойной цепочке ДНК азотистые основания, соединяющиеся в пары с помощью водородных связей, образуют нечто вроде ступенек винтовой лестницы. Чтобы "прочесть" скрытую в них наследственную информацию и передать схему производства белков на специальные фабрики белков- рибосомы, нужно сначала разделить нити ДНК, разорвать водородные связи между азотистыми основаниями. Связи эти очень непрочны и в условиях клетки в нужный момент разрываются. Азотистые основания - ступеньки лестницы - молекулы ДНК - имеются четырех видов: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Из них-то и состоят буквы наследственного кода. Простейшей единицей - мономером белка - является аминокислота. Чтобы сохранить в наследственной памяти клетки структуру белка, нужно располагать алфавитом минимум из 20 букв. Но азотистых оснований только четыре. Решение было найдено только в 1963 г. Оказалось, что каждой аминокислоте в будущем белке соответствует комбинация из трех азотистых оснований (триплет). А таких комбинаций из четырех оснований можно получить даже не 20, а 64.

Итак, первый вопрос ясен: триплеты азотистых оснований ДНК кодируют последовательность аминокислот в молекуле белка. Но ДНК находится в ядре клетки, а рибосомы - фабрики белка - в цитоплазме. Должен существовать, следовательно, какой-то посредник, переносчик информации от ДНК ядра к рибосомам цитоплазмы. Выполняет эту роль один из видов РНК - так называемая информационная РНК, или РНК переносчик. Размер ее молекулы точно соответствует размеру гена - участка ДНК, кодирующего структуру одной белковой молекулы. В пределах гена образование информационной РНК идет так, что каждому азотистому основанию гена соответствует определенное основание РНК. Следовательно, структура РНК полностью зависит от структуры гена, является ее зеркальным отражением. Наследственная информация вместе с самим зеркалом - молекулой информационной РНК -переходит из ядра в рибосому. А по другим каналам туда же доставляются строительные материалы - аминокислоты. Каждый вид сырья транспортирует специальный носитель. Эту роль исполняет другая форма РНК - транспортная, существующая в двадцати разновидностях (по числу аминокислот). В рибосомах проект будущей молекулы белка, доставленный РНК-переносчиком, встречается с потоками стройматериалов, доставленных транспортными РНК. Здесь проект облекается в плоть и кровь. Вдоль молекулы информационной РНК, в соответствии с порядком и структурой ее триплетов, выстраиваются аминокислоты. Они соединяются между собой, белковая цепь готова,

Вся эта, внешне простая схема передачи генетической информации от ДНК к белкам построена на основе длительных и кропотливых исследований. Особого внимания заслуживают фундаментальные работы лауреатов Нобелевской премии американских ученых Очоа, Корнберга, Ниренберга, советских академиков А. Н. Белозерского, А. С. Спирина и др.

Итак, наследственная информация в половых клетках хранится, размножается и передается благодаря существованию этого сложного, весьма точного и совершенного процесса, в котором роль главного хранителя информации и первичного штампа выполняют молекулы ДНК, расположенные в ядре клетки.

Важнейшая особенность генетических структур клетки - их уникальный характер. Молекулы ферментов и других биологически важных соединений всегда присутствуют в клетке в виде большего или меньшего количества одинаковых копий. Клеточные же структуры, ответственные за хранение наследственной информации, состоят из различных по составу и функции молекул. Даже в рамках одной полинуклеотидной цепочки ДНК, очевидно, существуют разнокачественные участки, несущие различную информацию.

Естественно, что даже минимальные повреждения генетических структур, ничтожные изменения их состава могут иметь самые серьезные последствия для клетки. Если же это клетка половая, печальные последствия могут быть как для всего будущего организма, так и для его потомков. Изменение устройства, "узора" первичного штампа повторяется, воспроизводится затем в сотнях и тысячах копий, передается через молекулы РНК молекулам белков, оказывает влияние на течение обменных процессов в клетке, нарушая их точную и совершенную координированность. Если описанное изменение "узора" матрицы произошло в половой клетке, оно воспроизводится во всех клетках организма, вырастающего из этой клетки, в том числе и в его половых клетках. Следовательно, это изменение может передаться по наследству и потомкам организма, по крайней мере некоторым из них. Большинство возникающих изменений структуры ДНК устраняется восстановительными системами клетки, о которых шла речь выше. Однако часть возникших изменений сохраняется и вызывает стойкое наследственное изменение того или иного признака организма. Такие стойкие и передающиеся по наследству изменения, наступающие в организме внезапно под влиянием определенной причины (в данном случае - действия ионизирующей радиации), получили в науке, по предложению голландского ученого де Фриза, название мутаций.