Закономерные чудеса - [3]
Очень важна последовательность, в которой располагаются нуклеотиды в огромной по длине молекуле нуклеиновой кислоты. Чтобы определить последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК, надо научиться осторожно "скалывать" их с конца молекулы нуклеиновой кислоты. Задача эта в высшей степени непростая. Молекулярный вес нуклеиновой кислоты может исчисляться сотнями тысяч и выше. И построены нуклеиновые кислоты главным образом из четырех нуклеотидов разных типов. Из этого следует, что именно последовательность нуклеотидов определяет все основные свойства молекул ДНК и РНК.
Осторожное "скалывание" нуклеотидов — самая настоящая ювелирная работа. Существуют приемы, с помощью которых проводят эту операцию. Например, можно подвергнуть ДНК мягкому гидролизу, или, проще говоря, воздействовать на нее слабой кислотой.
Для работы с РНК используют другие приемы. Можно подобрать такие ферменты, такие ускорители биохимических реакций, которые способны действовать только на совершенно определенные химические связи между нуклеотидами. Иными словами, одним "ферментативным ключом" открыть ряд одинаковых "химических замков".
Итак, дело сделано, молекулы ДНК или РНК разрезаны на сравнительно мелкие кусочки. Конечно, они имеют и собственные названия. Биохимик или химик в этом случае скажет: "Мы получили смесь мононуклеотидов и олигонуклеотидов". Теперь смесь нужно разделить на составные части. Для этого можно воспользоваться хорошо разработанными методами.
Один из них — хромография на бумаге. Если анализируемую смесь нанести на "старт", а затем бумагу медленно промыть смесью различных растворителей с некоторыми добавками (примером такой смеси может служить раствор изопропилового спирта, соляной кислоты и воды), молекулы разных соединений застрянут в различных участках бумаги. После хроматографирования "застрявшие" в разных местах бумаги химические соединения удаляют, например, с помощью воды или других растворителей. Собрав отдельные мононуклеотиды или олигонуклеотиды, исследователь может определить их химические и физико-химические свойства и выяснить, с каким конкретным соединением имеет дело. И конечно, не надо забывать самого главного. Очередность высвобождения нуклеотидов из молекулы ДНК или РНК указывает, в какой последовательности они там были соединены.
Определение последовательности нуклеотидов всегда сталкивается с большими трудностями. Действительно, если молекулярный вес составляет несколько сот тысяч или миллионов, то даже неспециалисту ясно, сколько мелких "осколков" можно получить из нуклеиновой кислоты. Правда, некоторые из рибонуклеиновых кислот обладают значительно меньшим молекулярным весом. Например, так называемая транспортная РНК имеет молекулярный вес порядка 30 тысячей состоит из 100 нуклеотидов.
Логично предположение: последовательность нуклеотидов в ней определяется легче. Так оно и случилось, только легкость оказалась весьма относительной. В 1963 году была опубликована работа Д. Кантони и сотрудников, в которой они сообщили: установлена возможная первичная структура РНК, которая транспортирует аминокислоту серии в дрожжах. Прошло три года, и известный биохимик Р. Холли удивил научный мир своим сообщением. В результате чрезвычайно трудоемких исследований он вместе с сотрудниками установил последовательность нуклеотидов в так называемой аланинтранспортной РНК. Иными словами, в РНК, которая переносит другую аминокислоту — аланйн.
Блестящие работы по изучению строения и функции другой транспортной РНК — валиновой были проведены академиком А. Баевым, его учениками и сотрудниками. Эта РНК переносит аминокислоту валин к месту, где строится белковая цепь. Исследования начались в 1963 году, а через четыре года химическое строение этой РНК было разгадано. Оказалось, ее молекула состоит из 77 нуклеотидов, расположенных в строгой последовательности.
Конечно, определение последовательности нуклеотидов только один из первых шагов к разгадке "секретов" макромолекул. Но именно расшифровка строения валиновой РНК позволила академику А. Баеву и его коллегам перейти к изучению функций этих удивительных молекул.
Разгадка последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК оказалась еще более сложной задачей. Вед1 ДНК имеет значительно больший молекулярный вес, а значит, нуклеотидов существенно больше. К этой трудности добавлялась еще одна. Отсутствовали достаточно удобные методы разделения ДНК на химически однородные молекулы.
Штурм нуклеиновой крепости давался ученым нелегко.
Попробуем написать какую-нибудь известную со школьных лет фразу слитно, не разделяя ее на отдельные слова:
встосороксолнцзакатпылалвиюлькатилосьлето. В таком виде прочитать ее непросто. Накопив определенный багаж знаний, мы без труда расшифровываем содержание словесного ребуса: "В сто сорок солнц закат пылал. В июль катилось лето".
Если бы ученые научились разбивать чрезвычайно длинную молекулу нуклеиновой кислоты на отдельные "слова", то, вероятно, скорее бы удалось понять смысл того, что записано в этой "фразе" ДНК. Но долгое время не находили фермента, способного расщеплять длинную "фразу" ДНК на отдельные "слова". И вот совсем недавно такой фермент эндонуклеаза IV был найден.
