Техника - молодёжи 1987-08, страница 14

закручивается в глобулу — это и делается благодаря сближению ряда аминокислот с активным центром. Потому-то и понадобилась достаточно большая и очень точно организованная молекула фермента, в которой каждое звено находится на своем месте.

При автобиокатализе положение стрелы регулируется тетивой, а степень натяжения тетивы зависит от конфигурации активного центра. Отсюда — удивительная точность в выборе нужного звена цепочки химических превращений, исключительная активность, избирательность и специфичность ферментного «станочного парка».

Ферменты клетки растворены в протоплазме и катализируют превращения небольших молекул. Однако природа предусмотрела настоящие ферментные «цеха», которые управляют чрезвычайно сложными ступенчатыми процессами.

Важнейшие функции осуществляет сверхфермент «ДНК — зависимая РНК — полимераза», структура которой расшифрована в Институте биоорганической химии имени М. М. Шемякина АН СССР. Это целый комплекс из пяти отдельных белковых молекул, содержащий по нескольку сот аминокислотных остатков.

А задача этого фермента — считывать инструкции с генов, с двойной спирали ДНК. За процессом следят множество белков-регуляторов, способных подавлять или активизировать его, если возникнет необходимость. Слаженность

операций всех задействованных инструментов вызывает восхищение.

Не без их помощи фермент находит тот участок спирали ДНК, с которого начинается считывание «текста» (генетической информации) — синтез РНК. Затем он специфично соединяется с этим участком — стрела попадает в цель! Двигаясь вдоль спирали, фермент расплетает ее, синтезирует на выпрямленном участке РНК, а затем заплетает его за собой. Наконец, в определенном месте по указке белков-регуляторов синтез прерывается, и фермент отделяется от ДНК.

На синтезированных молекулах иРНК записана информация о составе и форме тех или иных белков. Эту информацию надо «материализовать» — произвести белки в рибосомах, фабриках по их сборке. Информационные РНК снимают копию «рецепта» и «переводят» его с языка ДНК на язык белка, а транспортные — тРНК — подают рецепт на рибосомы. В последних же происходит сложный биокаталитический процесс, когда матрицы молекул РНК задают пространственные формы для синтеза полипептидной цепи.

Непрерывная поточная «роторная линия» ферментов осуществляет также энергетическое питание биосистемы. Основное топливо клетки — аденозин-трифосфорная кислота (АТФ). Перерабатывают ее ферменты АТФ-азы. Они прикреплены к внутренней мембране специальных внутриклеточных «энергетических станций» — митохондрий и

составляют часть их структуры. Причем многие ферменты ослабляются и теряют работоспособность, если их лишить помощников — витаминов.

Научившись определять, выделять и синтезировать ферменты, управляющие жизнедеятельностью клетки и передачей наследственных признаков, можно осуществлять направленный мутагенез, создавать биообъекты с заранее заданными свойствами. Самое главное здесь— правильно вырезать и склеить.

Вырезать и склеить. Теперь, когда принцип действия ферментов более или менее понятен, можно приступить к операциям с внутриклеточными структурами и с самими генами ДНК.

Например, вырезав какой-либо участок одной ДНК и вклеив его в другую, получим рекомбинантную ДНК. Ее можно заставить вырабатывать в каком-либо микроорганизме то или иное полезное для нас вещество.

Ученые впервые получили гибридные молекулы с наследственной программой в 1972 году. Как удался этот великий прорыв в святая святых природы?

Помогли ферменты рестриктазы — своеобразные «молекулярные ножницы». С их помощью бактерии уничтожают проникшую в клетку чужеродную ДНК. Сейчас известны многие рестриктазы, распознающие в ДНК с феноменальной точностью самые различные нуклеотидные последовательности — порядок «букв» кода — и разрывающие их в строго определенном месте. Своей формой молекула, например, лизоцима

Химическая структура генетических «букв» (оснований-нуклеотидов): аденина, цитозина, гуанина и тимина (у РНК вместо тимина урацил).

Химические

компоненты ДНК и РНК.

12