Лев Бобров - По следам сенсаций
Даже самое упругое тело какого-нибудь дюжего молодца на поверку довольно «жидковато» — оно на 60–70 процентов состоит из воды. Все биохимические реакции протекают в водной среде и с её непременным участием. Более того: водород входит в структуру важнейших биополимеров: нуклеиновых кислот, отвечающих за наследственные свойства живых существ, и белков, из которых построены все наши органы. И сколь бы мизерно ни было относительное участие дейтерия в жизненных процессах и структурах, абсолютное количество его атомов в любом организме достигает астрономических значений. И увеличивается к старости. Между тем в процессах на молекулярном уровне вполне может сказаться присутствие одного-единственного атома дейтерия!
Красноречивой иллюстрацией к высказанному опасению служит биосинтез белка.
Белковая цепочка составлена из аминокислот. Типов этих звеньев не так уж и много — всего 23. Однако, сочленяясь в разных комбинациях, они обусловливают пёстрое разнообразие в свойствах наших органов. Для каждого вида белка характерна своя последовательность аминокислот. Малейшее нарушение очерёдности — и свойства белка резко меняются. Известно, что серповидноклеточная анемия (тяжёлый наследственный недуг, поражающий кровь) обязана своим происхождением пустячной вроде бы ошибке при синтезе гемоглобина. — замене одной аминокислоты в молекуле белка на другую.
Нынешние химики умеют соединять разные звенья в полимерную цепочку. Однако в пробирке одна белковая молекула получается длиннее другой, да и аминокислоты не всегда становятся на уготованное им место. Даже у самого тщательного экспериментатора в пробирке встречаются отклонения от проектной «архитектуры» — примерно в каждой сотой молекуле. Если бы клетка работала с тем же процентом брака, мир живого постигла бы катастрофа. Ибо самомалейшая «опечатка» при воспроизведении полимеров грозит тяжёлыми последствиями (вспомните серповидноклеточную анемию!). Вероятность ошибки в работе клетки — один шанс из миллиона миллиардов. Фактически же синтез белка при такой архипунктуальности осуществляется с математической строгостью. Результат — образование полимера с абсолютно упорядоченным чередованием звеньев и требуемой пространственной геометрией. Безукоризненная чёткость в работе обеспечивается здесь прекрасно налаженным и безотказно действующим механизмом — речь идёт о матричном синтезе.
Как известно, матрицей, с которой отпечатываются белки, служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В структуре, которую обычно сравнивают с телеграфной лентой, записана инструкция, в какой последовательности должны нанизываться аминокислотные звенья, составляющие белковую молекулу. Подобная аналогия не случайна.
ДНК, как и белок, — полимер. Только составлен он не из аминокислот, а из азотистых оснований. Азотистых звеньев в цепочке ДНК тоже много — до 10 миллионов. Но типов их всего четыре: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц). До чего же экономна природа в своих творениях! И уж если азбука Морзе, оперирующая всего двумя символами (точка, тире), способна передавать любую информацию, можно себе представить, сколь богатые возможности таит в себе химический шифр наследственности. Как же ДНК программирует постройку белка?
Каждая из 20 с лишним аминокислот кодируется в ДНК трехбуквенным «словом». Правда, в построении белка ДНК участвует косвенно, «по почте» — через курьера. В качестве «нарочного» подвизается рибонуклеиновая кислота (РНК). Отштампованная по ДНК, она называется матричной — сокращённо мРНК — и представляет собой самый настоящий оттиск, снятый с ДНК. Вернее, синтезированный клеткой из мономеров, плавающих вокруг ДНК в водной среде. Он тоже составлен из звеньев четырёх типов. Причём каждое звено мРНК подгоняется к соответствующему звену ДНК очень точно, как линотипная отливка к матрице. Известно, что такими структурными антиподами являются аденин и тимин, гуанин и цитозин. Стало быть, если матрицей служит слово ГГГ, то отпечатком окажется ЦЦЦ, если ЦГГ, то ГЦЦ и так далее. Правда, если матрицей служит ААА, то на мРНК появится не ТТТ, а УУУ. Перед нами инициалы урацила. Это основание похоже на тимин. Но в отличие от него не входит в состав ДНК. Зато в состав мРНК — да. И азбука мРНК состоит из таких четырёх букв: А, Г, Ц и У. Строгое соответствие пар Г—Ц и А—У вынуждает мРНК однозначно, без разночтений, передавать депешу с командами ДНК на стройплощадку, где монтируется молекула белка.
Итак, в клеточном хозяйстве царит строжайшая, поистине воинская дисциплина. Уж коли матрицей служило ААА, то слепком с него на мРНК будет именно УУУ, а не какой-нибудь иной кодовый знак (кодон). И этот кодон водрузит на предписанное структурой ДНК место в возводимой молекуле белка совершенно определённую аминокислоту — фенилаланин. Не пролин, не серин, не валин, не прочую из остальных двух десятков аминокислот, а именно фенилаланин.
А теперь представьте: в это царство гармонии и порядка вдруг прокрался диверсант. Пусть даже просто анархист, игнорирующий непреложные законы биосинтеза. На такую неблаговидную роль вполне способен дейтерий. Быть может, его подрывная деятельность и не приведёт к катастрофе. Но какой-то след, бесспорно, оставит, И видимо, печальный. Дело в том, что взаимно однозначное соответствие между парами азотистых оснований обеспечивается водородными связями, которые, подобно абордажным крючьям или, если угодно, железнодорожным замкам-сцеплениям, соединяют в процессе биосинтеза А с У, А с Т и Г с Ц. Например, между аденином и урацилом перебрасываются два таких мостика. Между аденином и тимином тоже два. Зато между гуанином и цитозином — три… Третий мостик образуется благодаря тому, что молекула гуанина, будучи весьма похожей на молекулу аденина, тем не менее отличается от неё. Разница вроде бы небольшая — там, где у аденина сиротливо притулился один-единственный атом водорода, у гуанина имеется атом азота с двумя водородными атомами. Именно этой группой один из атомов водорода выставляется настолько далеко вперёд, что становится возможной мостиковая связь с атомом кислорода, принадлежащим молекуле цитозина.
Большинство мостиков переброшено от водорода к кислороду или к азоту. Между тем известно, что дейтерий с кислородом и азотом даёт более прочную химическую связь, чем протий. Правда, водородные связи имеют несколько иную природу, чем обычные химические. Но если вместо протиевых связей появятся незваные дейтериевые, не исключено, что они могут оказаться либо чересчур шаткими мостками, либо чересчур цепкими крючьями. При любом варианте скорость химического взаимодействия изменится — вот только в лучшую ли сторону? А может быть — почём знать? — это приведёт и к генетической опечатке, которая будет размножаться многомиллионными тиражами белковых молекул…
Вот перед нами волос. Седой ли он, рыжий, вьющийся или прямой — он состоит из белков. По своей структуре он напоминает трос, сплетённый из волоконец. Каждое волоконце составлено из семи спиралевидных ниточек — одна посередине, шесть по краям. Ниточки — молекулы белка. И кондицио сине ква нон (условие, без которого нет) живого белка — способность сохранять определённую пространственную структуру — ту самую, которую человек ещё не научился придавать искусственным молекулам биополимеров, но которая запросто получается в клетке при естественном биосинтезе. Строение на манер пружины белковая цепочка удерживает опять-таки благодаря водородным связям. Если это фибриллярные белки (волосы, ногти, мышцы) — витки скреплены поперечными мостиками, если глобулярные (гемоглобин крови) — продольными. От прочности водородных связей зависят многие важнейшие свойства белка, в конечном счёте — и самого организма. Но вот протий замещён дейтерием — что тогда?
Мухи, которых кормили кукурузной мукой с добавками тяжёлой воды, жили вдвое меньше, чем контрольные.
«Повышенная прочность химических соединений тяжёлого водорода, — пишет В. Мухачев, — тормозит обмен веществ у живой материи. А ведь жизнь — это обмен веществ! Тяжёлый водород уменьшает способность размножения, вызывает в клетках необратимые изменения, то есть старение организмов. Бактериальные культуры в его среде перестают размножаться и гибнут».
Перестают размножаться и гибнут… Но только ли бактерии — крошечные невесомые твари?
Окаменелости — эти на первый взгляд немые свидетели минувших эпох — поведали учёным дивную фантастическую быль, похожую на полусказку-полугрезу. Мир не всегда был таким, как сейчас. Там, где Земля одета в асфальтовую броню, где взметнулись к небу многоэтажные каменные корпуса, когда-то шумели непроходимые чащи, перед которыми теперешние джунгли показались бы низкорослым кустарником. Высоченные раскидистые хвощи каламарии, густые папоротники-великаны с мощными деревянистыми стволами, причудливые лепидодендроны и сингиллярии в 60 метров ростом — куда девалась эта буйная, безудержная вакханалия зелёной роскоши карбона — каменноугольного периода палеозойской эры? Среди пышной мезозойской растительности, сменившей палеозойскую, водоёмы и мелководье кишмя кишели обильной живностью, а- сквозь дебри с оглушительным треском продирались динозавры. Это были настоящие горы мяса высотой с четырёхэтажный дом, хотя и вырастали в те же сроки, что и коровы. Где они, колоссы земной флоры и фауны?
