Здоровье, 1962 № 05 (89) - [9]

Раньше ученые считали, что такая специфичность характерна только для белков, «строительный материал» которых составляют двадцать аминокислот; их различные сочетания приводят к удивительному разнообразию белков. Но специфичность нуклеиновых кислот оказалась еще поразительней — ведь их «строительный материал» ограничен не двадцатью, а всего лишь четырьмя особого рода химическими «кирпичами» — нуклеотидами.

Во всех живых организмах, от бактерий до человека, ученые обнаружили две сложные формы нуклеиновых кислот, отличающиеся друг от друга химическим составом, структурой, местоположением в клетке и, что самое главное, физиологической ролью в организме. Одна из кислот находится почти исключительно в клеточном ядре и называется дезоксирибонуклеиновой, или сокращенно ДНК. Другую можно обнаружить во всех частях клетки. Это — рибонуклеиновая кислота, или сокращенно РНК.

Обе они действительно содержат всего четыре особых химических вещества — нуклеотида. Но этих, по определенным законам связанных между собой «кирпичей» в молекуле нуклеиновой кислоты иногда насчитывается до 20–25 тысяч. Молекулярный вес таких соединений достигает 6–8 миллионов (молекулярный вес любого вещества ученые условно сравнивают с весом водорода, принятого за единицу; например, молекулярный вес воды равен только 18), а сами молекулы оказываются настолько велики, что становятся видимыми в поле зрения электронного микроскопа.

В свою очередь, каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и фосфорной кислоты. В состав ДНК входят четыре нуклеотида, отличающиеся друг от друга молекулами азотистого основания — аденина, гуанина, цитозина и тимина (или по первым буквам названий их — А, Г, Ц и Т). В дальнейшем мы будем называть нуклеотиды по первым буквам азотистых оснований, которые определяют свойства нуклеотидов. Молекула РНК также строится из четырех нуклеотидов, только место тимина (Т) занимает азотистое основание урацил (У).

Сложные нуклеиновые кислоты обладают высокой биологической активностью; в этом отношении они не уступают белкам. Активность ДНК и РНК может зависеть от количества составляющих их нуклеотидов. В одних ДНК или РНК будет больше нуклеотидов одного вида, в других — другого, и такое различие тотчас скажется на биологических свойствах нуклеиновых кислот.

Однако значительно чаще приходится встречаться с тем, что разные нуклеиновые кислоты построены из одного и того же количества одних и тех же нуклеотидов, а свойства их тем не менее оказываются различными. Чем же тогда, спрашивается, определяется это различие? Ученые выяснили, что нуклеотиды в разных молекулах нуклеиновых кислот могут сочетаться совсем по-разному.

Например, существуют три РНК; в каждой сочетание нуклеотидов вдоль цепи молекулы будет отличаться от остальных. В одной РНК три нуклеотида А, по два Г, Ц и У составят сочетание …А-Г-Ц-Г-У-У-А-Ц…, в другой они же составят …Ц-А-Г-А-У-А-У-Ц-Г…, в третьей — Г-А-А-Ц-У-Г-А-У-Ц… и так далее. Эти вариации сочетаний и обусловливают отличительные признаки одинаковых по весу и химическому составу нуклеиновых кислот.

ДНК и РНК — сложные молекулярные соединения, причем первое обычно в три — четыре раза крупнее второго: в ДНК соединяются 20–25 тысяч нуклеотидов, в РНК — 6–7 тысяч. А недавно ученые раскрыли и строение этих громадных высокомолекулярных соединений.

Оказалось, что молекула ДНК представляет собой две гигантские цепи, закрученные правильными витками вокруг одной общей для обеих цепей оси. В каждой цепи насчитывается по крайней мере 10–12 тысяч нуклеотидов. Особенно существенно, что эти две параллельно идущие цепи связаны (или спарены) между собой своими азотистыми основаниями. Установлено, что друг с другом соединяются азотистые основания только определенных нуклеотидов; аденин может соединяться только с тимином (пара А-Т), гуанин только с цитозином (пара Г-Ц) и, наоборот, — Т-А и Ц-Г.

В РНК шесть тысяч нуклеотидов соединены между собой в одну длинную цепь. В некоторых местах этой цепи могут оказаться небольшие спиральные участки. В случае нарушения закономерной последовательности цепи в каком-либо участке биологические свойства нуклеиновых кислот резко меняются. Так, если в молекуле нуклеиновой кислоты вируса разрыв цепи произойдет только в одном месте, то вирус станет авирулентным, то есть потеряет способность вызывать заражение.

Но изучение состава и строения нуклеиновых кислот, точно так же, как изучение состава и строения любых других компонентов ядра, клетки и тканей живых организмов, никогда не было для ученых самоцелью. Главное — определить роль этих компонентов в важнейших жизненных процессах, научиться ими управлять.

Предположение об участии ДНК в передаче наследственных свойств впервые было высказано после опытов по так называемой бактериальной трансформации. Из активных вирулентных пневмококков, возбудителей пневмонии, имеющих особую оболочку-капсулу, выделили ДНК и ввели ее в питательный раствор, где развивался бескапсульный авирулентный тип пневмококка. Через некоторое время у пневмококков появились капсулы, а также свойство вызывать заболевание. В дальнейшем эти приобретенные свойства пневмококк передавал по наследству из поколения в поколение,