Слаженная работа ради жизни
Жизнь на Земле невозможна без слаженной работы белка и молекул нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) в живой клетке. Давайте вкратце рассмотрим некоторые особенности этого поразительного молекулярного взаимодействия, ведь именно из-за них многим трудно поверить в то, что живые клетки возникли случайно.
Тщательно изучая человеческое тело вплоть до уровня микроскопических клеток, мы обнаружим, что состоим в основном из белковых молекул. Большинство этих молекул состоят из похожих на ленты звеньев аминокислот, которые изогнуты и скручены в разнообразные формы. Одни свернуты в шарики, другие сложены в гармошку.
Определенные белки вместе с липидами образуют мембраны клеток. Другие помогают разносить кислород из легких в другие части тела. Есть белки, которые действуют как пищеварительные ферменты (катализаторы), расщепляя содержащиеся в пище белки на аминокислоты. Это лишь несколько функций белков. Вы не ошибетесь, если скажете, что белки — это мастеровые жизни, без них жизнь невозможна. Но белки, в свою очередь, не могли бы существовать, не будь они связаны с ДНК. Что такое ДНК? Что она собой представляет? Как она связана с белками? За ответы на эти вопросы выдающиеся ученые удостаивались Нобелевской премии. Но, чтобы понять основы, не нужно быть великим биологом.
Управляющая молекула
Клетки состоят в основном из белков, поэтому для поддержания жизни клеток, для образования новых клеток и для ускорения химических реакций в клетках постоянно нужны новые белки. Инструкции, необходимые для синтеза белков, содержатся в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Чтобы лучше разобраться в том, как синтезируется белок, давайте поближе познакомимся с ДНК.
Молекулы ДНК находятся в ядре клетки. Помимо того что ДНК содержит инструкции, необходимые для синтеза белков, она хранит и передает от одного поколения клеток к другому генетическую информацию. По форме молекулы ДНК напоминают скрученную веревочную лестницу (она называется двойной спиралью). Каждая из двух нитей «лестницы» ДНК состоит из огромного числа более мелких составляющих, называемых нуклеотидами, у которых бывают четыре типа оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В этом «алфавите» ДНК пара букв — либо А и Т, либо Г и Ц — образует одну
ступеньку двухспиральной «лестницы». Эта «лестница» содержит тысячи генов, основных носителей наследственной информации.
В гене находится информация, необходимая для синтеза белка. Цепочка букв в гене образует генетический код, или «конструкционный план», который указывает, какой вид белка нужно синтезировать. Таким образом, ДНК со всеми входящими в нее составляющими является управляющей молекулой жизни. Без содержащихся в ней закодированных инструкций не было бы различных белков, а значит, и жизни.
Связующие звенья
План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима помощь для доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую помощь оказывают молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты). Химически молекулы РНК подобны молекулам ДНК, и в синтезе белка участвуют несколько видов РНК. Давайте посмотрим, как с помощью РНК происходят чрезвычайно сложные процессы синтеза так необходимых нам белков.
Работа начинается в ядре клетки с того, что раскручивается и открывается часть «лестницы» ДНК. Благодаря этому буквы РНК образуют связи с открытыми буквами ДНК одной из нитей ДНК. Фермент переносит буквы РНК, чтобы соединить их в нить. Так буквы ДНК «переписываются» в буквы РНК, образуя нечто вроде «диалекта» ДНК. Новообразованная цепочка РНК отделяется, и «лестница» ДНК снова закручивается.
После дальнейших изменений этот вид закодированной РНК готов. РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка, где буквы РНК расшифровываются. Каждый набор из трех букв РНК образует «слово», обозначающее одну конкретную аминокислоту. Другой вид РНК отыскивает эту аминокислоту, захватывает ее с помощью фермента и доставляет к месту синтеза белка. По мере прочтения и перевода сообщения РНК цепочка аминокислот растет. Эта цепочка закручивается и укладывается в уникальную форму, создавая один вид белка. И таких видов в нашем теле может быть свыше 50 000.
Примечателен даже процесс укладки белка. В 1996 году ученые со всего мира, «вооружившись самыми лучшими компьютерными программами, состязались в решении одной из сложнейших проблем биологии: они пытались понять, как белок, состоящий из длинной цепочки аминокислот, укладывается в замысловатую форму, которая определяет роль этого белка в жизни. [...] Результаты этого состязания в двух словах можно выразить так: белки одержали полную победу над компьютерами. [...] По оценкам ученых, на то,
чтобы просчитать все возможности укладки белка среднего размера, состоящего из 100 аминокислот, потребовалось бы 1027 (миллиард миллиардов миллиардов) лет» («Нью-Йорк таймс»).
Мы лишь вкратце посмотрели, как синтезируется белок, но вы, вероятно, уже поняли, какой это неимоверно сложный процесс. Как вы думаете, сколько времени требуется для образования цепочки из 20 аминокислот? Около одной секунды! И этот процесс происходит непрерывно во всех клетках нашего тела от макушки до пяток.
Какой из всего этого следует вывод? Хотя есть еще и другие факторы, слишком многочисленные, чтобы рассказать о них всех, но слаженная работа, без которой невозможно создать и поддерживать жизнь, поражает воображение. И выражение «слаженная работа» не передает полностью того, насколько точное взаимодействие необходимо для создания молекулы белка, ведь белку необходима информация от молекул ДНК, а ДНК необходимо несколько видов специальных молекул РНК. Не следует забывать и о различных ферментах, каждый из которых играет свою и очень важную роль. Когда в нашем организме создаются новые клетки — а это происходит миллиарды раз в день и без нашего сознательного участия,— необходимы копии всех трех «участников» этого процесса: ДНК, РНК и белков. Понятно, почему в журнале «Нью сайентист» говорится: «Отнимите одну из трех составляющих, и жизнь угаснет». Или, развивая эту мысль, можно сделать следующий вывод. Жизнь не могла бы возникнуть, не будь этой полной и работоспособной «бригады».
Разумно ли полагать, что все три члена этой «молекулярной бригады» самопроизвольно возникли в одно время и в одном месте и при этом так точно подошли друг другу, что смогли объединиться, чтобы начать свою чудесную работу?
Но существует и другое объяснение возникновения жизни на Земле. Многие люди приходят к заключению, что жизнь — это плод старательного труда Конструктора, обладающего высочайшим разумом.