Фрэнсис Крик, нобелевский лауреат и ученый, благодаря которому буквы ДНК стали тремя самыми известными буквами в современной биологии, дал своей гипотезе скандальное название «догма», совершенно не думая, что его наблюдения тем самым претендуют на статус бесспорно божественных правда – просто «догма», по мнению Крика, звучала круто.
Потому что догма звучит круто
Тот, кто возьмется отрицать центральную догму молекулярной биологии, скорее всего, не подвергнется нападкам со стороны испанской инквизиции (хотя испанской инквизиции никто не ждет), а парочка падших ангелов, желающих проложить себе дорогу обратно на небеса, вряд ли падет выключенный. Но был ли прав Фрэнсис Крик, излагая свою теорию? А какой из законов жизни он считал настолько важным, что позаимствовал ради него термин, который на протяжении многих и многих столетий употреблялся почти исключительно богословами?
Элегантные постулаты Крика умещаются в три слова и две стрелки между ними:
ДНК → РНК → белок
Или расширенная версия для тех, кому не хватило стрелок
Итак, если вы не из тех особо упрямых вирусов, вот ситуация:
1 у вас есть ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, этакая большая кулинарная книга на все случаи жизни (читай: генетическая информация);
2 если вам нужно приготовить, например, борщ, то скопируйте на отдельный лист конкретный рецепт борща – это ваша РНК, рибонуклеиновая кислота;
3. РНК с рецептом борща передается рибосомам – кулинарным органеллам, собирающим готовое блюдо из аминокислот – белковой молекулы.
Причем ни в коем случае нельзя извлекать рецепт из готового борща: молекула белка никогда не является матрицей для нуклеиновых кислот. Поток информации при производстве белка строго однонаправлен: от ДНК к РНК, от РНК к белку, а белок — конечная станция, поезд уже не ходит, пожалуйста, оставьте вагоны?
Почему большая книга (ДНК) не может служить матрицей (рецептом) непосредственно белка? Ведь драгоценная для клетки энергия тратится на синтез промежуточного продукта, которым по сути является РНК. С этой точки зрения каждый раз переписывать неудачный рецепт вручную — все еще проблема. Но клетка жертвует энергией, чтобы получить гораздо более ценный приз: творческую свободу.
Допустим, в вашей книге есть вкуснейший рецепт яблочного пирога, доставшийся вам по наследству от прабабушки. К сожалению, от прадеда вы унаследовали жуткую аллергию на яблоки и просите поваров заменить их грушами. Повара очень серьезно относятся к выпечке и просят оставлять письменные инструкции, желательно прямо в рецепте. Заглавными буквами. Удаляет все упоминания о яблоках. Чтобы потом не сказали, что вы их не предупреждали. Возможно, с лампочками у вас тоже не получится.
Но эта книга – семейная реликвия! Она передается из поколения в поколение, как наследственная информация, закодированная в ДНК. И если вы сделаете так, как советуют повара, рецепт яблочного пирога вашей прабабушки будет безвозвратно утерян – и его место займет грушевый пирог, который никогда даже не появится в ваших любимых детских воспоминаниях.
Итак, вы переписываете рецепт, убираете яблоки, но добавляете груши — и вместо оригинала вы даете своим рибосомам копию.
Или, может быть, у вас нет аллергии. Может быть, вы не можете вспомнить, какие яблоки клала в пирог бабушка – и находите двух поваров, которые дают один рецепт с антоновкой, а другой с белой начинкой. Или вам нужно срочно приготовить тысячу пирогов — и вы понимаете, что если вокруг книги соберется тысяча поваров, то на тысячу пирогов уйдет около тысячи лет. РНК — кардинальный серой белок синтеза, молекула, которая до сих пор остается в тени своей бескислородной сестры, но во многом благодаря РНК мы способны синтезировать более двух миллионов белков, имеющих всего 23-24 тысячи генов*.
* Конкретные цифры до сих пор уточняются, изменяются и устаревают, но разница в два порядка (в сто раз) является абсолютным научным фактом.
РНК изобретает рецепты новых белков, используя альтернативный сплайсинг
Теперь, голодные и проникнутые важностью РНК, давайте представим, что в нашей ДНК хранится некоторая ценная генетическая информация. Например, знание того, что «Лондон – столица Великобритании".
Процесс переноса информации с ДНК на РНК называется транскрипцией. Давайте вспомним уроки какого-нибудь языка и запишем наше выражение. В филологическом понимании этого процесса, то есть с помощью специальных символов, мы запишем, как звучит эта фраза, на что падает ударение и как произносятся разные звуки.
В результате мы получаем что-то вроде этого:
[ˈlʌndən ɪz ðə ˈkæpətal ʌv ɡreɪt ˈbrɪtən]
На латыни «транскрипция» буквально означает «переписывание». То есть уже из названия понятно, что от этого процесса ожидается результат, который не будет сильно отклоняться от оригинала. Например, в нашей транскрипции легко узнать английскую (несмотря на появление некоторых странных рисунков и завитков).
Примерно то же самое происходит и в результате биологической транскрипции: и ДНК, и РНК являются нуклеиновыми кислотами, близкими родственниками, веществами одной химической природы. Поэтому неудивительно, что они общаются, можно сказать, на разных диалектах одного и того же языка. ДНК использует буквы (нуклеотиды) A, T, G и C для кодирования информации. В том же скромном четырехбуквенном алфавите РНК есть буквы A, G и C, но нет буквы T, поэтому, когда вы «переписываете», все T заменяются буквой U.
Процесс передачи информации от РНК к белку называется трансляцией. Слово «трансляция» похоже на английский перевод, то есть переводить. Что ж, давайте переведем и получим выражение «Лондон – столица Великобритании». По смыслу оно полностью идентично оригинальному «Лондон – столица Великобритании», но выглядит и звучит совершенно иначе, содержит другое количество слов и даже использует другой алфавит. Не менее радикальная трансформация происходит и с информацией при ее передаче.
Потому что белки, в отличие от нуклеиновых кислот, говорят совершенно на другом языке: языке аминокислот, а не нуклеотидов. В языке аминокислот совершенно другие правила, другой синтаксис (пептидные связи вместо фосфодиэфирных) и целых двадцать букв вместо четырех. Также несколько разных нуклеотидных слов (которые всегда состоят из трех букв и поэтому называются триплетами) часто переводятся в аминокислотные слова одинаково: например, аминокислота глицин кодируется четырьмя триплетами (GGA, GGU, GGC, ГГГ). Поэтому даже самые опытные переводчики обычно используют таблицу кодонов:
Кроме того, при наличии вдохновения (или нерешительности) мы можем предложить сразу несколько переводов: «Лондон — столица Великобритании», и «Лондон — столица Великобритании», и даже «Лондон — столица Великобритании». «И если мы позволим нам пару вольности перевода… то, конечно, у нас не останется сомнений в том, что Лондон — столица и крупнейший город Великобритании и Северной Ирландии.
Мораль истории? Учите английский, пеките пироги, старайтесь не путать эфирное вещание и транскрипцию. И самое главное, помните о невидимой, но очень важной, кропотливой и порой созидательной работе, которую проделывает за нас РНК.
Больше интересных статей здесь: Наука и техника.
Источник статьи: Центральная догма молекулярной биологии. Как перестать путать транскрипцию и трансляцию.