Так схематично можно представить процесс репликации молекул ДНК
Нам бы очень не хотелось, чтобы у читателя возникло впечатление, будто Крик и Уотсон пришли к своему открытию легко и просто. Были и мучительные поиски, и разочарования, и бессонные ночи. О том, как непросто все было, говорит хотя бы такой факт.
В разгар работы над структурой ДНК, когда многое еще было неясно, но кое-что в будущей структуре начало вырисовываться, Крику и Уотсону стало известно, что Лайнусу Полингу, творцу а-спиральной модели молекулы белка, кажется, удалось решить проблему структуры ДНК. Можно представить себе, как это
известие взволновало Уотсона и Крика. Они принялись лихорадочно читать рукопись еще не опубликованной статьи и скоро поняли, что Полинг был далек от истины: его модель представляла собой трехнитевую спираль, в которой сахарофосфатный остов всех трех нитей находился в центре, а азотистые основания торчали в разные стороны. На этот раз?
Полинг, самый проницательный химик мира, как его охарактеризовал Уотсон, допустил ошибку.
Да, "просто, мудро, изящно", но вовсе не так легко, как это теперь нам кажется. Впрочем, на протяжении своей работы они всегда придерживались принципа в природе все просто и изящно. Если им приходила в голову гипотеза, которая казалась недостаточно красивой и простой, они ее сразу отбрасывали.
Итак, был предложен красивый, простой, убедительный механизм "размножения" молекул ДНК. В каком соотношении он находится с геном? Сегодня мы знаем, что ген это часть очень длинной молекулы ДНК.
В 1969 г. сотрудники Гарвардской медицинской школы в США под руководством Д. Беквита сумели выделить отдельный ген, "отстричь" его от остальной цепи ДНК. Этот ген находится в ДНК бактерии кишечной палочки и служит для синтеза фермента, который помогает бактерии усваивать сахар лактозу. Удалось даже рассмотреть выделенный ген под микроскопом. Его длина 0,0015 мм, состоит он из 4700 пар нуклеотидов.
Вся же молекула ДНК, хранящая наследственные признаки сложных организмов, в сотни раз длиннее. Можно представить себе, какие сложные, какие длинные цепи молекул ДНК хранятся в ядре каждой из миллиардов наших клеток. Так, у млекопитающих в ядрах клеток содержатся ДНК, состоящие из 109 нуклеотидов. Ясно, что такими числами можно записывать огромное количество информации.
В то же время молекулы ДНК простейших вирусов относительно малы. Удалось взвесить и сфотографировать ДНК одного из бактериофагов. Эта ДНК представляет собой кольцо с длиной окружности около 2 мкм, состоящее из 5600 пар нуклеотидов. Молекулярная масса такой "крошечной" ДНК составляет 6 миллионов углеродных единиц. Функции бактериофага весьма примитивны, поэтому он и обходится та-кой короткой ДНК.
Как же реализуется информация, заложения в последовательности нуклеотидов в ДНК? Что, собственно, определяет эта последовательность? Оказалось, что последовательность нуклеотидов определяет только одно: последовательность аминокислот в Новосинтезируемых белках.
Фактически, текст, записанный четырех буквенным алфавитом из нуклеотидов, переводится в другой текст, записанный 20-буквенным алфавитом аминокислот. Каждый ген, т. е. определенный отрезок цепи ДНК, кодирует биосинтез одного белка (правило: один ген один белок), точнее одного полипептида, поскольку некоторые белки состоят из нескольких полипептидных цепей.
О ферментах
Ферменты катализируют тысячи реакций, идущих в живой клетке при дыхании, обмене веществ, размножении... И самое замечательное свойство ферментов работают они чрезвычайно быстро. Чтобы расщепить какой-либо белок или молекулу полиуглевода (крахмал, целлюлозу) на составные части, их нужно кипятить с крепкими растворами кислот или щелочей несколько часов. Ферменты пищеварительных соков пепсин, протеаза, амилаза гидролизуют эти вещества за несколько секунд при температуре 37 °С. Ферменты это биологические катализаторы.
"Ферменты есть, так сказать, первый акт жизненной деятельности,- говорил академик И. П. Павлов.- Все химические процессы направляются в теле именно этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Все эти вещества играют огромную роль, они обусловливают собой те процессы, благодаря которым проявляется жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни. Они составляют основной пункт, центр тяжести физиологохимического знания".
Как же действуют ферменты, почему они ускоряют в тысячи раз те или иные реакции??
Каждый фермент это молекула белка, свернутая в клубок, глобулу. Важнейшая часть такой глобулы активный центр, небольшая область, в которой и проходит реакция, управляемая и ускоряемая ферментом. Можно представить себе несколько механизмов действия ферментов. Предположим, что реакция заключается во взаимодействии
двух молекул. Сначала эти молекулы подходят друг к другу на достаточно близкое расстояние, затем между ними формируется химическая связь образуется новая молекула. Но в отсутствие фермента, т. е. катализатора, такая реакция идет очень медленно пока две молекулы найдут друг друга в огромном по сравнению с ними пространстве внутриклеточной жидкости... А если и найдут, и подойдут друг к другу, это еще не значит, что между ними возникнет химическая связь. Для этого молекулы должны быть активированы, обладать дополнительной энергией. А теперь представим себе, что в активном центре молекулы фермента есть два "гнезда", точь-в-точь подогнанные под эти две молекулы; они укладываются в эти гнезда, их концы оказываются рядом возникает новая химическая связь, образуется новая молекула: она по своей конфигурации уже не подходит к активному центру в глобуле фермента и фермент эту молекулу выталкивает. На освободившееся место встают две другие реагирующие молекулы...