Чтение онлайн

На молекуле белка, имеющей третичную структуру, а потому очень прихотливо очерченной в пространстве (пазы, бугорки - все, как на образцовой матрице), собирается комплекс из молекул липида и другого белка. Такие комплексы штампуются в огромном числе, и белково-липидные мембраны, присутствующие во всех клетках организма, играют принципиальную роль в кипении жизни - регулируют обмен веществ.

Известному биохимику академику А. Баеву удалось тонкими и точными химическими воздействиями разрезать на две и даже на четыре части молекулу одной из транспортных РНК - валиновой т-РНК. Основная функция т-РНК - захватывать аминокислоту (в данном случае валин), приносить на место сборки белка и складывать свой груз на «сборочный конвейер» - рибосому. Соединяться с валином РНК может только в присутствии специального фермента. Разрезанные части РНК - четвертушки, половинки не желали соединяться с валином даже в присутствии фермента. Но смесь этих четвертушек, половинок - соединялась вела себя, как целая РНК. И это, несмотря на то что РНК оставалась разрезанной - ее молекулы не восстанавливались!

А, Баев объяснил поразительное явление тем, что белок-фермент играет в данном случае «роль своеобразной матрицы». Заполняя «пазы» и «углубления» на своей молекуле частицами раздробленной РНК, белок организует их: так размещает в пространстве, что они и теперь сообща могут выполнять свою работу, которую раньше делала целая молекула.

Таким образом, матричный - и очень точный!
– принцип действия не только не чужд белкам - он у них «в натуре».

Я уже упомянул, что в 1970 году Ф. Крик еще раз объявил запретным переход:

белок -> белок.

Примерно в это же время во Франции на Третьей конференции по происхождению жизни профессор Ф. Липман сделал сенсационное заявление, сущность которого сводится как раз к попытке отмены и этого запрета.

Ибо в лаборатории Ф. Липмана в Нью-Йорке, а одновременно в лаборатории К. Курахаси в Институте белка (Осака, Япония) в 1969 году был впервые синтезирован белок вне рибосом, то есть без участия нуклеиновых кислот. Роль матрицы исполняли другие белки - два фермента! Синтезирован был грамицидин, антибиотик. Конечно, это не настоящий белок: в его молекуле всего пять пар аминокислот. Но лиха беда начало: доказана способность ферментов быть матрицей для постройки биополимеров строго упорядоченной конструкции.

На конференции доклад Ф. Липмана вызвал взрыв споров и страстей. Выяснилось, что еще один антибиотик можно синтезировать вне рибосом, без нуклеиновых кислот. Возможно, и в живой природе удастся обнаружить «генетику без генов» - биосинтез белков на белковой же ферментной матрице, наследие далекого прошлого живых систем. Но где-то близко к началу к процессу должны были подключиться и простейшие рибонуклеиновые цепи. Как написано в солидном переводном издании «Молекулярная биология клетки» (Мир, 1994), «полипептиды (простейшие аминокислотные цепи.- А.Г.) со случайной последовательностью, возникавшие под действием пребиотических синтетических механизмов, видимо, имели каталитические свойства и, в частности, могли облегчать репликацию молекул РНК. Полинуклеотиды, способствующие синтезу полезных полипептидов в своем окружении, должны были приобрести большое преимущество в эволюционной борьбе».

Началось со скелетов?

Впрочем, и с идеей пра-ДНК ученые расставаться окончательно не спешат. Лет тридцать назад геолог В.В. Чернобровкин обратил внимание кристаллографа Э.Я. Костенецкого на одно удивительное совпадение. В двойной спиралевиной нити молекулы ДНК расстояние между ближайшими звеньями, основаниями - неважно, чья это ДНК, комара или человека - всегда одно и то же и составляет он 3,4 ангстрема. В мире исследователей кристаллов эта величина известна очень хорошо. Это размер элементарной ячейки кристалла апатита, одного из самых распространенных в природе минералов. И еще одно совпадение: апатит - один из немногих природных минералов, участвующих, наряду с белками, в строительстве многих живых организмов. В «раздачах скелетов», о которых рассказывалось в этой книге, апатит поучаствовал. Есть он и в наших костях и зубах... На этих двух совпадениях ученые разработали свой вариант теории самозарождения жизни, первичного синтеза прамолекул ДНК на естественной кристаллической матрице.

Оказалось, у апатита есть своего рода сродство с еще тремя минералами, участвующими или участвовавшими на разных стадиях эволюции в строительстве скелета многих организмов - кальцитом, арагонитом, кварцем. Ученые поставили множество экспериментов. При температуре примерно в двести градусов и при повышенном давлении - а в начальной истории Земли этап с такими почти «венерианскими» условиями, несомненно, был - в смеси этих кристаллов молекулы аммиака, метана, окиси углерода не просто спекались в белковоподобные вещества, но и, встраиваясь в кристаллическую структуру апатита и минералов-«свойственников», как на первичной матрице, строили высокоупорядоченные молекулы, весьма похожие на ДНК.

Мы не раз уже говорили о раздачах скелетов в ходе эволюции, как о своего рода внешних общегеохимических «бедствиях непреодолимой силы», к которым жизнь должна была приспосабливаться и лишь потом учиться использовать во благо. Здесь же нащупывается совсем иное. Без скелетообразующих кристаллов жизнь, возможно, вообще не могла бы сделать и самых первых шажков. Послужив матрицей вначале, природные кристаллы потом уже в этом качестве не использовались, но и никуда не уходили, всегда были рядом с порожденными при их, можно сказать, родительском участии живыми организмами, и еще и еще раз оказывали эволюции мощную поддержку в критические ее моменты. Как тут не вспомнить о поразительном провидении Дж. Бернала, который писал о будущей «обобщенной кристаллографии», где жизнь - просто частный случай великих законов самоорганизации вещества Вселенной...

Вот и в данном случае ученые стали перебирать малоразработанные, но удивительно интересные факты из области «биоминералогии». Среди ископаемых и ныне живущих одноклеточных организмов - водорослей, радиолярий, фораминифер и многоклеточных - например губок - есть такие, чей скелет образован «органоминеральным» кристаллическим веществом, состоящим на 20- 30 процентов из органики, а в остальном из кристалла. В индивидуальном развитии такого организма идет процесс минерализации - замещения биомолекул минералом, причем законы кристаллографии и биохимии здесь теснейше переплетены. Сейчас уже ясно, что когда-то под высоким давлением в раскаленной сухой среде мог преобладать этот же процесс, только с другим знаком. Да, да. Преджизнь на каком-то этапе прошла через горячую безводную фазу первичного синтеза... И когда поверхность планеты несколько остыла и появились лужи и моря, в них уже плавали и растворялись множество таких первых «кентавров», полукристаллов-полуорганизмов, биокристаллов, готовых стать жизнью... Сегодня Э.Я. Костенецкий настаивает на том, что и дальнейшая эволюция живого шла в огромной степени под действием законов кристаллографии.

Ведь и сама клеточная плазма, по современным представлениям, - это так называемый жидкий кристалл. Жидкие кристаллы сегодня работают в дисплеях портативных компьютеров и телевизоров, в сотовых телефонах и черт его знает где еще, без них рухнул бы весь технопарк нашей цивилизации. Но, оказывается, и технопарк юрского периода, и всех других периодов эволюции биосферы строился по этим суперсовременным технологиям. И мы оба, читающий и пишущий эту книгу, тоже «сконструированы» в известном смысле как кентавры из органической и неорганической материи - биокристаллы.

Солярис на Земле

«Тотальный» штурм проблемы зарождения жизни продолжается. Американский биохимик С. Фокс пытался получить белковоподобные вещества - протеиноиды - из беспорядочного набора чистых аминокислот без всяких матриц. Шесть часов спекались в специальной печи аминокислоты. Через шесть часов перед исследователями лежал янтарный образец неведомого полимера.

Это, конечно, был не белок, а почти неупорядоченная смесь молекул разной длины. Но ученые знали, сколь широко в природе распространены принципы самоорганизации. Те самые слабые водородные связи, что кодируют вторичную и третичную структуру белка, не могут не проявить себя в хаотической смеси аминокислот. И вот после дополнительной обработки растворами и подогрева протеиноид С. Фокса начал проявлять свойства упорядоченности. По многим признакам его можно было бы принять прямо-таки за белок!

Многие ученые считают, что протеиноиды могли зародиться на склонах вулканов, где были все условия для их спекания. Но зарождающейся жизни нужна вода.

Дж. Бернал писал, что жизнь зародилась буквально в грязи - в иле, глинистой мути маленьких спокойных лагун, ибо полимеризация длинных молекул гораздо быстрее идет на мельчайших минеральных частицах глины. Совсем недавно это предположение Бернала было проверено. Выяснились удивительные вещи. В так называемом монтмориллонитовом иле (самый распространенный глинистый минерал) белковоподобная цепь аминокислот полимеризовалась быстро и без нагревания. При этом полипептид можно было получить почти неограниченной длины и упорядоченности. Все зависело от размеров глинистых частиц. Если они были достаточно однородны, то они отбирали «кирпичики» для полимеризации определенного размера и веса. «Выбор» следующей аминокислоты при синтезе зависел еще и от кислотности среды. А сна, эта кислотность, в глинистом комочке закономерно менялась в ходе реакции. Вот и еще один выход из заколдованного круга: первой весьма своеобразной «рибосомой» могли послужить комочки ила...