Сотни «рук»

Мы должны будем разделить клетку на микроскопические части, узнать, как они работают в отдельности, как взаимодействуют между собой и как из этого слагается вся работа клетки.
И. П. Павлов. 1911—1912

Крик и Уотсон в 1953 году не смогли ничего сказать о механизме работы ДНК. Ее строение, удвоение, несомненная генетическая роль — это было определено четко. А вот как работает ДНК, как она управляет клеткой, кто выполняет роль курьеров и что за приказы разносят они по клетке, оставалось неясным.

Начнем с последнего вопроса. О чем могли быть приказы ДНК? Чтобы разобраться в этом, пришлось бы написать еще одну книгу. Поэтому придется ограничиться лишь одними выводами, почерпнутыми из биологической химии — науки, изучающей жизнедеятельность клетки методами химии.

Любое изменение в клетке — результат химических реакций. Белый росток, пробившись сквозь корку почвы, показался на ее поверхности. Тысячи реакций совершились за то время, когда с виду безжизненное семя, попав в землю, сначала набухло, затем тронулось в рост, дало слабенький росток и, повинуясь не совсем ясным для нас законам, послало его из тьмы земли на сияющий солнцем воздух.

Что значит — семя набухло? Вода проникла внутрь семени, скажете вы. Но, сказав так, вы привели лишь конечный результат.

Есть прекрасный фильм об Аркадии Райкине. Вот на сцене стоит обрюзгший, равнодушный ко всему мужчина. Вы видите, как неторопливой походкой артист скрывается за кулисами с правой стороны сцены, чтобы через несколько секунд выйти из-за кулис с левой стороны, но уже совсем в другом обличье. Фильм обнажил доведенную до виртуозности механику переодевания артиста. За сценой необычный цех: выстроившись в ряд, стоят помощники Райкина, у каждого из которых своя задача, своя роль в том спектакле, который, как кажется, он играет один. Первый должен помочь Райкину скинуть за два-три шага (причем почти бегом) пиджак, другой срывает с него парик, третий манжеты. Пройдено полсцены, и руками этих невидимых актеров Райкин преображен. Он готов принять новый облик: и снова замелькали руки — натягивается новый парик, столь же ловко надевается какой-то наряд. Все эти десятки операций занимают пять—десять секунд, не больше. Еще не смолкли аплодисменты, провожающие актера за кулисы, а на сцене появляется новый персонаж, совершенно непохожий на только что виденного.

Подобную же картину обнаружили бы мы, заглянув за «кулисы» пробуждающегося от сна семени. Сотни «рук», снующих внутри него, приводят к тому, что мы называем набуханием. Особые — транспортные — белки перетаскивают молекулы воды сквозь оболочку клеток в цитоплазму. А там наготове уже другие белки. Подхватив эту молекулу, они тащат ее дальше. Потом подскакивает другой белок — фермент, управляющий разложением воды на две части — ион гидроксила ОН^- и ион водорода Н⁺. Первый ион с помощью своего фермента включается в одну реакцию, второй в другую. На каждом этапе любое самое ничтожное превращение в клетке осуществляется не просто так, само по себе, волею случая, а по строгим законам и, главное, с помощью специальных ферментов.

Среди прочих отличий живых организмов от неживой материи есть одно наиважнейшее — скорость химических реакций. Она в организме фантастическая. То, что может делать человек с помощью совершенных машин, живая клетка делает в тысячи раз быстрее и эффективнее. Этим она обязана особым катализаторам — ферментам. Именно ферменты убыстряют превращения воды и углекислого газа в сахар, сахара в крахмал, крахмала в целлюлозу, целлюлозы в стенки растительных клеток, а последних в основу древесных волокон. Поэтому можно без преувеличения сказать: жизнь — это ферменты. Возвращаясь к вопросу о том, чем руководят гены, мы должны признать, что гены прежде всего управляют синтезом ферментов в клетке. Если в клетке исчезнет фермент, управляющий расщеплением воды, клетка погибнет. Если в клетке появится фермент, умеющий расщеплять воду скорее, чем это делали его предшественники, не исключено, что клетка начнет расти скорее.

Мы говорили: ген yellow управляет признаком желтой окраски тела у дрозофилы. Но чем вызывается желтая окраска тела? Наличием специального желтого пигмента. Этот желтый пигмент должен был превратиться в серый. Но фермента, который управлял бы «посерением» желтого пигмента, в клетках дрозофилы из-за мутации серопигментного гена не оказалось. Реакция образования пигмента остановилась на стадии желтого полуфабриката, который и окрасил тело мухи в желтый цвет. Значит, будет более точно, если мы скажем: так: желтая окраска тела мухи обусловлена мутацией гена, дающего информацию о синтезе фермента, управляющего, в свою очередь, переходом желтого пигмента в серый. Так же мы должны говорить и о всех других реакциях организма.