Чтение онлайн

И в самом деле: какие же последствия может вызвать замена нуклеотида в цепи ДНК и, следовательно, одного аминокислотного остатка в белковой цепи другим? Как свидетельствует пример только что рассмотренного «серповидного» гемоглобина, это может, например, привести к изменению растворимости белка. Замена небольшого бокового радикала, находящегося внутри глобулы, более громоздким может вызвать разрыхление третичной структуры и снизить ее стабильность. В результате замены глицинового остатка каким-либо другим возможны ограничения конформационной подвижности полипептидной цепи и т. п. Вообще, чем более различаются по своим физико-химическим, а также «конформационным» свойствам «исходный» и «новый» остатки, тем больше это скажется на изменении строения и свойств молекулы белка.

Правда, как отметил известный советский биофизик М. Волькенштейн, структура генетического кода такова, что в результате замены одного нуклеотида в триплете в среднем наблюдается меньшее изменение физико-химических свойств остатка, чем это должно было бы иметь место при случайных заменах одного остатка другим.

Это означает следующее. Аминокислотные остатки различаются между собой по своим физико-химическим свойствам (и тем самым по своей роли в образовании и поддержании третичной структуры белковых молекул) в большей или меньшей степени. Мы уже говорили об остатках гидрофобных и гидрофильных; можно провести также разделение и по некоторым иным признакам. Например, аминокислоты лизин и аргинин содержат в своих боковых цепях щелочные группы, глутаминовая и аспарагиновая кислоты (естественно!) — кислые; фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин — обладатели ароматических боковых радикалов, и т. п. Так вот, оказывается, что триплеты, кодирующие близкие по свойствам аминокислоты, как правило, отличаются друг от друга лишь одним-единственным нуклеотидом; напротив, аминокислоты, физико-химические свойства которых резко различны, кодируются триплетами, различающимися двумя или даже тремя нуклеотидами. И если бы в результате точечных мутаций замены между любой парой аминокислотных остатков могли бы осуществляться с равной вероятностью, процент «брака», то есть доля организмов с «нежизнеспособными» белками определенного типа был бы гораздо выше, чем это имеет место на самом деле.

Иными словами, генетический код обладает известной «помехоустойчивостью», обеспечивающей как бы дополнительную защиту синтезируемой по инструкции ДНК белковой молекулы от случайных мутаций в этой самой ДНК.

Исследование мутантных гемоглобинов показало к тому же, что далеко не каждая аминокислотная замена из числа наблюдаемых сопровождается изменением физико-химических свойств белка, а тем более какими-либо функциональными расстройствами организма.

Точечные мутации, приводящие к очень сильным нарушениям свойств гемоглобина, не бывают обнаружены просто потому, что индивидуумы — носители таких мутаций нежизнеспособны. Если подобная мутация происходит, организм погибает на ранних стадиях развития плода.

С другой стороны, поскольку значительную часть мутантных гемоглобинов удалось обнаружить в результате биохимического исследования людей, страдающих заболеваниями крови, естественно, что именно мутации, обусловившие то или иное заболевание, представлены среди описанных аномальных гемоглобинов более часто сравнительно с их распространением. Ведь если мутация является нейтральной, то есть не вызывает никаких функциональных изменений, она чаще всего остается незамеченной. И ходят себе по белу свету тысячи, десятки тысяч (а может быть, и гораздо больше) людей, даже не подозревающих о том, что в -цепи их гемоглобина вместо положенного остатка валина в 98-м положении стоит бог знает что!

Так что если вы, уважаемый читатель, обладаете достаточно крепким здоровьем, чтобы регулярно подвергаться профилактическому медицинскому обследованию в районной поликлинике, проявите еще чуточку настойчивости и добейтесь, чтобы ваш гемоглобин был исследован с точки зрения правильного чередования его аминокислотных остатков.

Правда, пока такая процедура очень трудоемка и выполняется лишь в немногих лабораториях мира, но это вряд ли может служить препятствием для истинного энтузиаста профилактических обследований. Тем более что в результате такого обследования науке может стать известно существование еще одного мутантного гемоглобина — скажем, Нв Бобруйск.

«Нет худа без добра» — эта в высшей степени философская поговорка вполне могла бы послужить эпиграфом раздела, в котором (наконец-то!) будет приведен очерк основной идеи дарвинизма, изложенный «на молекулярном уровне». Как обычно, очерк этот будет крайне лаконичным и иллюстративным. И все же можно надеяться, что при всей упрощенности главные тезисы возникшего совсем недавно научного направления — так называемой молекулярной эволюционистики — будут в нем изложены.

Выяснение вопросов различия и сходства «добра» и «худа» будет проводиться, однако, вовсе не на уровне абстрактных и высоконаучных философских диспутов, а на вполне конкретных, а иногда даже и попросту примитивных молекулярно-биологических примерах. Тем не менее уже одно представление о «вредных» и «нейтральных» мутациях наводит на некоторые размышления.

Возьмем нейтральные мутации, в предположительном существовании которых мы (конечно, в шутку!) призывали читателей убедиться на примере их собственных гемоглобинов: известно, что они бывают иной раз распространены довольно широко и имеют возраст в несколько тысячелетий. Часто такая мутация передается из поколения в поколение у группы, занимающей определенный район обитания: так, у многих китайцев одна из цепей гемоглобина отличается от «нормальной» одним остатком. Этот признак настолько устойчив, что распространение той же мутации среди части американских индейцев считается еще одним убедительным доказательством их монголоидного происхождения. И, поскольку никаких частых случаев наследственных болезней крови ни среди китайцев, ни среди индейцев не отмечалось, мы вправе считать эту мутацию действительно «нейтральной».

Но вот задача похитрее: та же самая аминокислотная замена, которая вызывает серповидноклеточную анемию, будучи бесспорно вредной, влекущей за собой тяжелую болезнь и высокую смертность в детском и юношеском возрасте, тем не менее сообщает организму одно важное полезное качество. Именно эритроциты «серповидноклеточных» больных гораздо более, чем нормальные, устойчивы по отношению к малярийному плазмодию, а тем самым носители «серповидноклеточной» мутации оказываются невосприимчивыми к малярии. Так как же в конечном счете расценивать такую мутацию: как проявление «худа» или «добра»? И кто возьмет на себя смелость «выставить оценку» той или иной мутации, отнести ее к числу «положительных» или «отрицательных»?

В значительной мере этот вопрос является, конечно, риторическим, ибо ответ на него стал известен и получил свою окончательную форму уже в «Происхождении видов» — работе, которую без преувеличения можно назвать библией современной биологии. Естественный отбор, идущий под влиянием чрезвычайно сложной совокупности климатических, пищевых, экологических и многих, многих других условий жизни, — вот что определяет «полезность» или «вредность» изменений, происшедших в организме вследствие возникновения мутации. А главным мерилом «пригодности» организма в процессе эволюции являются с точки зрения естественного отбора шансы организма на выживание.

Следовательно, эволюционный процесс, по современным представлениям, идет следующим образом: среди случайным образом возникающих мутаций некоторая часть вызывает такие изменения строения и свойств соответствующих белков, которые на уровне целого организма находят выражение в виде каких-то функциональных изменений, понижающих (или повышающих) шансы индивидуума в борьбе за существование. Соответственно его потомство (если оно вообще появляется) оказывается сравнительно нежизнеспособным (или, наоборот, весьма жизнестойким). В конечном счете носители этой мутации оказываются либо обреченными на более или менее быстрое вымирание, либо, напротив, вследствие повышенной жизнестойкости, активно размножаются и завоевывают себе вполне подходящее «место под солнцем».

Как видите, никакого противоречия с «классическим» дарвинизмом эта «молекулярная» схема не содержит: напротив, представления молекулярной биологии во многом дополняют, придают конкретность понятию об элементарном «шаге» эволюционного процесса — точечной мутации. И по всей справедливости новая единица меры развития эволюционного процесса (в основу ее определения легло именно понятие точечной мутации) носит название «дарвин».

Здесь стоит, пожалуй, отметить, что в широких кругах людей, интересующихся наукой (но не занимающихся ею), почему-то распространено мнение, согласно которому всякая вновь возникшая область фундаментальной науки как бы «отрицает» сложившуюся до нее систему представлений. Каждый из нас, пожалуй, читал, например, что механика А. Эйнштейна «отрицает» механику И. Ньютона и Г. Галилея, а та, в свою очередь, «отрицала» положения, принятые во времена Аристотеля…