В начале короткого рассказа о молекулах, входящих в состав живого организма, говорилось о том, что белки — наиболее существенный компонент живого. Это так. Белки — главные труженики клетки, исполнители. Но есть ещё один тип макромолекул, без которых жизнь в виде, известном на Земле, была бы невозможна. Это знаменитые нуклеиновые кислоты.
В 1868 году, через три года после того как Г. Мендель заложил основы генетики, швейцарский врач Ф. Мишер выделил из гноя больничных бинтов новое вещество, которое он назвал нуклеином. Мишер установил, что нуклеин состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфорной кислоты.
Нельзя не подчеркнуть, что, как только заходит речь о важнейших макромолекулах, составляющих живую клетку, мы вновь и вновь сталкиваемся с замечательным свойством живого: в основе всего живого лежит химия углерода.
В 1889 году вещество, выделенное Мишером, было предложено называть нуклеиновой кислотой. Следует заметить, что Мишер нашёл это соединение, изучая клеточное ядро, и, помимо получения нуклеина, что само по себе является эпохальным открытием, Мишер предположил, что именно нуклеин является генетически активным материалом. К сожалению, это осталось в то время незамеченным.
После открытия Мишера началось интенсивное исследование химии нуклеиновых кислот, но только через восемьдесят лет всем стала очевидна центральная роль, которую нуклеиновые кислоты играют в управлении клеточными процессами. Это, бесспорно, некая ирония судьбы, поскольку Мишер обнаружил нуклеин именно при попытке раскрыть химическую природу клеточного ядра.
В 1910 году было установлено, что нуклеиновые кислоты содержат в своём составе сахар, а вскоре после этого было высказано предположение, что сахар и азотистое основание (например, упоминавшийся выше аденин) объединены в общий комплекс. Этот комплекс, в свою очередь, соединён с фосфорнокислым остатком. Углевод вместе с азотистым основанием назвали нуклеозидом, а нуклеозид вместе с фосфатной группой — нуклеотидом.
Нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов — полинуклеотидами. В нуклеиновых кислотах используется, как правило, пять оснований — аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил.
К 1930 году стало ясно, что существует два типа нуклеиновых кислот, отличающихся молекулой сахара и составом азотистых оснований. Впоследствии они получили название рибонуклеиновой кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В построении молекулы ДНК участвуют четыре азотистых основания — аденин, гуанин, тимин и цитозин. В РНК вместо тимина — урацил.
Есть и отличие в пентозах: в состав РНК входит рибоза, а ДНК — дезоксирибоза. Учёным, занимающимся предбиологической химией, сто лет спустя после открытия Мишера удалось синтезировать нуклеозиды, нуклеотиды и их полимеры. Но полученное в лаборатории драматически отличалось от того, что делает живая клетка.
Структура клеточных нуклеиновых кислот идеальна. Это законченное молекулярное архитектурное сооружение. Нуклеиновые кислоты — полимеры нуклеотидов, и в клетке нуклеотиды соединяются между собой всегда по одному и тому же правилу. Мы помним, что пентозы — пятиуглеродные циклические сахара. Так вот, в нуклеиновых кислотах связь между нуклеотидами осуществляется через фосфатную группу, которая соединяет совершенно определённый атом углерода в пентозе одного нуклеотида с другим всегда одним и тем же (из пяти возможных) атомом углерода в пентозе другого нуклеотида.
А в колбе получается хаос. Это та же ситуация, которая случается с ребёнком, когда он впервые открывает игрушку-конструктор. Чтобы построить что-нибудь стоящее, необходимо прикладывать одну деталь к другой определённым образом. Природа умеет это делать, а химики пока нет. Кроме того, клетка способна создавать информацию. И это главное.
Л. МУХИН ПЛАНЕТЫ И ЖИЗНЬ