Идея о коде была высказана физиком Г. Гамовым. Ознакомившись с работами Д. Уотсона и Ф. Крика, он определил параметры, которыми определялся код. Проблема кодирования толковалась так: имеется «четырехбуквенный» алфавит нуклеиновых кислот и «двадцати буквенный» — аминокислот, т. е. так называемых два разных языка. Информация, закодированная в ДНК, переводится на другой язык и определяет последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи белка. Так как аминокислот 20, то «аминокислотный» язык должен иметь не менее 20 «слов», составленных из четырех букв. Для этого каждое «слово» должно состоять не менее чем из трех «букв» — нуклеотидов. При трехбуквенном коде число возможных «слов» достигает 64, т. е. с избытком перекрывает потребности кодирования (20 аминокислот).
Это открытие значительно ускорило расшифровку кода. Две группы ученых под руководством М. Ниренберга и С. Очоа в течение нескольких месяцев в обстановке соревнования определили остальные «слова». Впервые был составлен «словарь» аминокислотного кода. Работа М. Ниренберга была отмечена Нобелевской премией. Успехи в расшифровке кода стали одним из звеньев работ исключительной важности—выяснения принципов действия механизмов, обеспечивающих синтез белка в клетке.
В середине 30-х годов А. Н. Белозерский и др. показали, что РНК накапливается в точках роста растений, в эмбриональных тканях, секреторных клетках и органах, т. е. там, где идег интенсивный обмен веществ и синтез белков. Прямые доказательства участия РНК в биосинтезе белка были получены в середине 50-х годов. Биосинтез белка был осуществлен в бесклеточной системе, содержащей аминокислоты, аденозинтрифосфат (вещество, переносящее энергию в клетке), рибосомы и РНК. С подобной системой экспериментировал и М. Ниренберг. Было установлено, что именно в рибосомах меченые аминокислоты включаются в белки. Таким образом наметилась первая схема биосинтеза белка: ДНК помогает строить РНК, на РНК как на шаблоне строятся белки.
Первая фаза системы ДНК-РНК не встречала возражений и была доказана в 1953 г. А. Корнберг, а также Д. Уотсон и Ф. Крик показали, что РНК строится на ДНК как на матрице, и этот процесс принципиально не отличается от репликации (удвоения молекулы) ДНК. Так укрепилась идея, что РНК —это матрица для синтеза белка. Но так как размеры молекул нуклеиновых кислот и белков не совпадали по основным параметрам, то первоначально считали, что матрицей, шаблоном для самого акта синтеза пептидной связи служит также пептидная цепь, белок. РНК лишь поддерживает эту истинную матрицу в развернутом, растянутом в монослой (пленку толщиной в одну молекулу) состоянии. Но когда стали накапливаться данные о специфичности, т. е. о химической и биологической индивидуальности РНК, возник вопрос: не может ли сама молекула РНК служить матрицей для синтеза специфических молекул белка? Для этого нужно было выяснить, участвует ли специфичный белок непосредственно в передаче наследственной информации в процессах биосинтеза. В 1956 г. Г. Шрамм и Г. Френкель-Конрат разделили вирус табачной мозаики на РНК и белок, из которых он состоял. Этот вирус напоминает карандаш, в котором «грифелем» служит РНК, а белковая оболочка расположена вокруг нее. Было показано, что, инфекционность, т. е. способность обеспечивать синтез своих белков в клетке, пораженной вирусом, зависит не от белка. Введение вирусного белка в клетку не приводило к ее заражению, тогда как введение «грифеля»—РНК сопровождалось появлением новых вирусов, снабженных и РНК, и белком. Еще более убедительно роль РНК как передатчика наследственной информации была показана в опытах с вирусами-гибридами. Близкую вирусу табачной мозаики «карандашную» форму имеет вирус подорожника. Оба вируса были разделены на РНК и белок, затем компоненты обменяли местами: РНК вируса табачной мозаики поместили в белковую оболочку вируса подорожника и наоборот. При заражении растений такими вирусами-гибридами последние размножались в клетках, но потомство их и по белку, и по РНК всегда соответствовало тому исходному вирусу, из которого была взята РНК-«грифель». Белок никакого влияния на процесс воспроизведения не оказывал.
|