Клеверный лист, разрезаншй слон и хирургия молекул

Если было трудно ответить на вопрос, как построены молекулы нуклеиновых кислот, то не менее сложным оказалось выяснить, какие функции они выполняют. И вот тут снова целесообразно вспомнить о валиновой РНК, о титанической работе академика А. Баева и его сотрудников, изучавших функции этой нуклеиновой кислоты.

Она обладала рядом общих для транспортных РНК свойств. Сродством к определенной аминокислоте - валину, который используется при строительстве молекулы белка. Сродством к информационной РНК, которая содержит программу синтеза нового белка. Наконец, валиновая РНК находилась в самых близких отношениях с ферментом, который обеспечивает присоединение к ней нужной аминокислоты.

Но у валиновой РНК были и свои характерные особенности. Она, как приличествует любой солидной биологической макромолекуле, существовала не в виде одномерной нити, а обладала хитроумной пространственной структурой. Двумерная ее модель имела форму хорошо известного многим листика клевера.

Дальнейшие исследования показали, что этот "клеверный лист" устроен еще сложнее. Некоторые части нити валиновой РНК образуют петли, другие закручены в спираль. И только участок, к которому прикрепляется транспортируемая аминокислота валин, свободен.

Группа ученых во главе с академиком А. Баевым решила исследовать сначала только одну из функций этой нуклеиновой кислоты - ее взаимодействие с ферментом, ответственным за присоединение валина. Разработали метод "разрезанных молекул". Но чтобы резать молекулу, нужен инструмент. Таким ножом оказался фермент гуаниловая рибонуклеаза. Он расщеплял целую молекулу на половинки, четверти и еще более мелкие кусочки.

Все составные части подвергали сначала химическому анализу, а потом функциональному. Что такое химический анализ, понятно всем. А вот функциональный заключался в следующем. Выясняли, способен тот или иной фрагмент молекулы валиновой РНК в присутствии фермента присоединять аминокислоту валин. Иными словами, способен ли отрезанный кусочек делать работу, которую выполняла неразрезанная молекула.

Начались кропотливые многолетние опыты.

С помощью фермента гуаниловой рибонуклеазы валиновую РНК резали на кусочки, очищали, делили на

половинки, четверти и более мелкие части, анализировали и запаивали в очень маленькие трубочки из полиэтилена. Создав запас обломков, определяли их способность присоединять аминокислоту в присутствии фермента. Это была не только кропотливая и трудоемкая работа. Это была ювелирная работа высшего класса точности. Недаром один из создателей молекулярной биологии, академик В. Энгельгардт, остроумно назвал методический прием, использованный А. Баевым и сотрудниками, "хирургией молекул".

Клеверный лист, разрезаншй слон и хирургия молекул

Спустя несколько лет А. Баев рассказывал: "...Когда мы работали только с половинками молекул валиновой РНК, было сделано наблюдение, которое оказалось подлинным открытием. Мы обнаружили, что фрагменты валиновой РНК способны к самопроизвольной реассоциации - самосборке, в результате которой структура молекул восстанавливается. Еще более поразительным было то, что при этом, как выяснилось, восстанавливаются и функциональные свойства, утраченные после ее разделения на части". Половинки валиновой РНК свободно отыскивали своих "родных братьев" - другие половинки молекул, хотя в растворе присутствовали осколки иных транспортных РНК - невалиновых!

Кто хотя бы раз слышал рассказ А. Баева об удивительном явлении самосборки молекул, конечно, помнит зрительно ощутимый пример, который он приводил. "Нарисуем на бумаге фигурку слона,- говорил он,- и разрежем ее ножницами на четыре части. Если мы возьмем три части из четырех, то сколько бы мы их ни складывали вместе, фигурки слона не получится. Если возьмем все четыре части, то фигурку можно сложить и правильно и неверно.

Представим себе, что наш слон - это и есть молекула валиновой РНК. По желанию играющего в эту игру можно собрать из четырех частей фантастическое существо, совсем непохожее на слона. А вот с молекулами валиновой РНК, разрезанной на четыре части, подобной картины почти никогда не наблюдается. Самосборка молекул идет правильно, и "слепые силы" природы не ошибаются".

В чем же секрет правильной самосборки?

А вот в чем. Точность самосборки молекулы связана с существующим порядком расположения нуклеотидов в молекуле валиновой РНК, а движущими силами служат межмолекулярные силы, которые ответственны за образование комплементарных пар Уотсона - Крика.

Наше довольно-таки подробное повествование о методе "разрезанных молекул" не случайно. Ведь в сущности своей это рассказ о трудных путях познания фундаментальных биологических законов.