Каждая из двадцати аминоацил-тРНК-синтетаз должна всегда прикреплять к тРНК только свою аминокислоту, узнавая только одну из 20-ти протеиногенных аминокислот, и не связывая другие похожие молекулы, содержащихся в цитоплазме клетки. Аминокислоты значительно меньше тРНК по размерам, неизмеримо проще по структуре, поэтому их узнавание является значительно большей проблемой, чем узнавание нужной тРНК. В действительности, ошибки имеют место, но их уровень не превышает одной на 10,000 – 100,000 синтезированных аминоацил-тРНК. Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (I и V, A и G). Для таких случаев во многих аминоацил-тРНК-синтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты. Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием…
Все аминоацил-тРНКсинтетазы произошли от двух предковых форм, и объединены на основе структурного сходства в два класса. Эти классы отличаются по доменной организации, структуре главного (амино-ацилирующего) домена, способу связывания и аминоацилирования тРНК. Аминоацилирующий домен аминоацил-тРНК синтетаз 1-го класса образован так называемой укладкой Россмана, в основе которой лежит параллельный β-лист. Ферменты 1-го класса являются в большинстве случаев мономерами. 76-й аденозин тРНК они аминоацилируют по 2» -ОН группе. Ферменты 2-го класса имеют в основе структуры аминоацилирующего домена антипараллельный β-лист. Как правило, они являются димерами, то есть имеют четвертичную структуру. За исключением фенилаланил-тРНКсинтетазы все они аминоацилируют 76-й аденозин тРНК по 3» -ОН группе. Каждый класс дополнительно делится на 3 подкласса – a, b и c по структурному сходству…
Глобула аминоацил-тРНК-синтетазы состоит из двух основных доменов – аминоацилирующего, в котором располагается активный центр и происходят реакции, и антикодон-связывающего, узнающего последовательность антикодона тРНК…»
Этот довольно пространный отрывок дает только самое общее впечатление о сложности структуры и функции АРСаз. Помимо основных описанных функций, они выполняют в клетке и другие, называемые неканоническими; мы касаться их не будем.
И все же функция упомянутого выше антикодон-связывающего домена не является абсолютным условием аминоацилирования тРНК. Нина Энтелис в связи с этим отмечает, что «для аланиновой АРСазы, например, основным элементом узнавания служит неканоническая пара G-U в аминоакцепторном стебле. При замене этой пары на G-C, A-U и даже на U-G аланиновая тРНК теряет способность аминоацилироваться аланином. Если же в любой другой тРНК заменить третью пару аминоакцепторного стебля на G-U, то эта тРНК приобретает сродство к аланиновой АРСазе и способность присоединять аланин. Таким образом, для распознавания своей тРНК аланиновой АРСазе (и она не исключение) достаточно небольшого участка аминоакцепторного стебля». У сериновой и лейциновой АРСаз E. coli антикодон также не участвует во взаимной рекогниции. Это, в частности, значит, что изменение антикодона в таких случаях – а иногда и в других, когда даже весь антикодон участвует в узнавании своей АРСазой, – не сможет повлиять на исходную специфичность аминокислоты – разве что сделает ее несколько менее эффективной.
Стоит еще раз упомянуть две особенности АРСаз. Во-первых, это очень различные в структурном отношении белковые молекулы, преимущественно классифицированные только по узнаваемому субстрату. Во-вторых, они обладают столь высокой специфичностью, что для ее характеристики даже используется особый термин – сверхспецифичность. Это свойство, отмечает Ольга Лаврик, тем более уникально, что «задачу специфичности АРСазы решают дважды: на стадии активации аминокислоты и на стадии взаимодействия с тРНК». И это при скорости роста полипептидной цепи в 20 аминокислот в секунду (для прокариот; у эукариот эта скорость на порядок меньше).
А теперь – имея в виду все, о чем мы только что рассказали, – отметим следующие два обстоятельства:
тРНК транскрибируются на геномной матрице, где естественно – как и всякие гены – подвергаются мутациям, которые приводят к точечным и другим изменениям в транскриптах (в том числе – и в антикодонах);
любая мутация по основаниям антикодона или по другим основаниям тРНК, участвующим в рекогниции АРСазами, которая может привести к изменению соответствия кодон-аминокислота, то есть к изменению кодировки немедленно исключит мутант из процесса декодирования; —
и зададимся такими вопросами: если генетический код столь феноменально консервативен, что оказался способным практически не измениться за три с половиной миллиарда лет (о чем свидетельствует его универсальность), то:
как быстро он сформировался?
почему он стал именно таким?
какие варианты могли ему предшествовать?
Ответ на первый вопрос несложен: быстро. Очень быстро – в масштабах времени, прошедших с той поры, как он сформировался. Второй вопрос вызывает встречный: Каким «таким»? Ответ на него остается загадкой, ей посвящена оставшаяся часть книги, из которой Читатель, возможно, вынесет представление о неслучайности существующей версии. Третий вопрос возвращает нас к гипотезе Георгия Гамова, с которой фактически началась эра ДНК, то есть, молекулярная биология, и с которой мы начнем ответ на упомянутый встречный вопрос в следующей главе.
…………………
Число 11, вынесенное в заголовок этой главы, хотя и менее выразительное, нежели число 111, в определенном контексте также могло бы служить информационным символом. В конце концов, параллель между тремя единицами числа 111 и триплетностью генетического кода упирается в определенное ограничение последней, поскольку генетический код триплетен лишь по размеру кодона. Функциональную же нагрузку несут в кодоне, по преимуществу, только две первые буквы, а третья служит простым разграничителем в восьми случаях из двадцати или одним из двух вариантов такого разграничителя – еще в десяти. И только два кодона являются истинно триплетными – TGG (W), и ATG (М). Еще один триплет универсального кода со всеми тремя значащими буквами – TGA – является пунктуационным кодоном.
Номер этой главы – единственный в этой книжке – совпадает со своей позицией, помеченной (гораздо менее выразительным) римским числом.
Глава 496.
Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII)
Неискушенному Читателю может показаться, что элементы машины генетического кодирования описаны в предыдущей главе настолько детально, что к концу чтения он стал даже как-то утомляться, чувствуя, что несколько заинтриговавшее его начало книжки оборачивается страницами из учебника для старших классов, способными привести в уныние любого, кто вспомнит родную школу. Искушенному же Читателю, напротив, все рассказанное хорошо известно, и он, грешным делом, подумывает, не написать ли самому учебник посвежее – для тех же старших классов. Не мысля гордый свет забавить – другими словами, не имея намерения вогнать в скуку того и другого, Автор хотел бы подчеркнуть, что понимает: дьявол скрывается в деталях. Но их так много в молекулярной биологии, что любая формализация кажется возмутительным упрощением. Однако, часто бывает, что соблазн формализации неодолим, и тут Автор не может отказать себе в удовольствии еще раз процитировать испанского философа Хосе Ортегу-и-Гассета:
«Серый цвет аскетичен. Такова его символика в обыденном языке, на этот символ и намекает Гете: „Теория, мой друг, суха, но зеленеет жизни древо“. Самое большее, на что способен цвет, не желающий быть цветом, – стать серым; зато жизнь представляется зеленым деревом – какая экстравагантность!.. Элегантное желание предпочесть серый цвет чудесной и противоречивой цветовой экстравагантности жизни приводит нас к теоретизированию. В теории мы обмениваем реальность на тот ее аспект, каким являются понятия. Вместо того чтобы в ней жить, мы о ней размышляем. Но как знать, не скрывается ли за этим явным аскетизмом и удалением от жизни, каким является чистое мышление, наиболее полная форма жизненности, ее высшая роскошь?»
– Браво, Хосе! Именно так я и думаю – даже убежден в этом.
Формализации, теоретизированию, схемам, дизайну генетического кода посвящена основная, хотя и меньшая по объему, оставшаяся часть книги, к которой Автор сейчас переходит. Первая формальная гипотеза структуры генетического кода представляет собой возможный ответ на вопрос, почему кодируемых аминокислот именно двадцать.
