Структура гена
Написав название параграфа, я задумался, что делать дальше. Рассказать о
структуре ДНК относительно несложно, но ведь у меня иная цель –
объяснить читателю, каков атомный механизм формирования наследственных
признаков. А посильная ли эта задача? Дорога от структуры ДНК даже к
цвету глаз, не говоря уже к складу характера, очень длинная и тернистая.
Местами она превращается в тропинку, а то и вовсе прерывается
непроходимыми оврагами.
О колоссальных успехах биологической
физики за последние десятилетия я хорошо знал и тем не менее решил
посоветоваться с узким специалистом, превосходно знающим молекулярную
биологию.
– Могу ли я пренебречь некоторыми деталями, неясностями,
противоречиями и ограничиться изложением концепции «один ген – один
фермент»? – спросил я его.
– Положение не совсем так
формулируется, – ответил он. – Сейчас говорят «один ген – одна
полипептидная цепь».
– Но можно мне не входить в эти детали?
Принцип ведь мало меняется, а нашим читателям, мне думается, интересно
знать лишь общую идею.
– Пожалуй, можно, – согласился коллега.
И я решил ограничиться ответом на небольшое число вопросов, которые мне
кажутся важнейшими.
Вопрос первый: в каком взаимоотношении
находятся ген и молекула ДНК?
Оказывается, ген – это не молекула.
Ген – кусочек молекулы. Одна молекула содержит в себе множество генов,
расположенных один за другим.
Молекулы ДНК видны в электронный
микроскоп и кажутся узенькими длинными палочками. Чтобы правильно
представить себе соотношение длинны и ширины этой молекулы, вспомните
железнодорожный рельс километровой длины.
Как уже говорилось выше,
молекула представляет собой линейный остов, к которому привешены в
сумбурном порядке азотистые основания четырех типов: А, Г, Т и Ц.
Так
вот, один ген – это участок цепи ДНК, который состоит примерно из
полутора тысяч этих оснований. Специфичность гена, то есть то, что этот
ген имеет отношение к цвету глаз, а не к форме носа или что он
человеческой особи, а не кошки, определяется порядком в расположении А,
Г, Т и Ц. Можно сказать, что каждый ген характеризуется на молекулярном
языке фразой, состоящей из полутора тысяч букв.
А как определить,
где кончается один ген и начинается другой? – спросите вы. Вопрос
законный, и на него есть ответ. Так же как в азбуке Морзе, на
четырехбуквенном языке азотистых оснований существует символ,
соответствующий точке, которая отделяет один ген от другого. Вас может
заинтересовать количество генов в одной ДНК.
Считается, что их,
вероятно, примерно десять тысяч; и каждая человеческая особь
характеризуется десятью тысячами признаков. Но ведь на Земле живет около
четырех миллиардов людей, а признаков всего лишь десять тысяч, как же
быть с этим несоответствием?
Число разных вариантов генных
структур будет необозримо больше, чем четыре миллиарда (4·109).
Действительно, если каждый ген может выступить в двух разновидностях
(голубые глаза – карие глаза), то число этих структур будет равно 210000
по той же причине, по которой число вариантов распределения «красного» и
«черного» в случае пяти рулеточных игр равно 232. Много ли
это – два в степени десять тысяч? Порядочно. Так как два в десятой
степени равно примерно одной тысяче, то есть десяти в кубе, то 210000
будет равно 103000 – единица с тремя тысячами нулей. А это
число «чуточку» больше четырех миллиардов. Комментарии нужны? Пожалуй,
нет.
Теперь надо сказать несколько слов о работе гена и пояснить
таинственную формулу «один ген – один фермент».
Какая ткань в
организме вырастет из клеток, определяется в первую очередь белковыми
молекулами – ферментами, фабрикуемыми генами. Каждый ген создает одну
определенную молекулу белка – один фермент. С помощью этого фермента и
происходит строительство всего организма. При этом каждый фермент на
редкость специализированный работник. Один фермент устанавливает,
образно говоря, только стекло форточки, что на кухне, другой ответствен
за электрический выключатель в столовой комнате, третий – за левый
водопроводный кран. Но как он это делает? К сожалению, ответить на этот
вопрос сейчас просто невозможно. Пришлось бы писать другую книгу, более
профессиональную и более проблемную. А эту надо кончать. Мне остается
сказать лишь несколько общих слов.
Открытие структуры ДНК и
механизма репликации гена явилось мощным толчком для развития
молекулярной генетики. Множество явлений получило истолкование на
молекулярном уровне, ряд фактов был успешно предсказан. Не надо,
конечно, представлять себе, что с этим открытием внесена уже достаточная
ясность в понимание всех жизненных процессов. Напротив, надо честно
признаться, что в этом направлении сделаны лишь первые шаги. Тем не
менее важность открытия Уотсона и Крика огромна уже хотя бы потому, что
для всех естествоиспытателей стала очевидной справедливость
интерпретации жизни на молекулярном уровне и, следовательно, возникла
уверенность в принципиальной возможности вмешательства химическими и
биохимическими методами в формирование потомства. Когда человечество
приступит к этой задаче, грандиозность которой заставляет ежиться, и
приступит ли к ее выполнению вообще, сказать трудно. Но в то же время
вся история развития науки показывает, что науку не остановишь. А это
означает, что, как только будет изучено устройство молекулы ДНК и
установлен порядок следования оснований в молекуле конкретной особи
(пока что нет такого способа), на повестку дня станет вопрос о подправке
структуры молекулы ДНК. Но дальше простирается область предположений.
Авторы фантастических романов уже достаточно наэксплуатировали сюжет
создания новых животных и нового человека, поэтому не стоит лишать их
возможности стяжать новые лавры и самое время поставить точку.