Под подозрением нуклеиновая кислота

Подтвердить гипотезу Кольцова... Это не так просто. Ведь химия белков находится в зародышевом состоянии. Но постепенно накапливаются некоторые, правда весьма немногочисленные, данные, как будто говорившие в пользу гипотезы Кольцова. Особенно убедительно подтверждают ее некоторые факты о превращении зимогенов в ферменты. Ферменты - это биологически активные вещества белковой природы, а зимогены - их "предшественники", то есть вещества, из которых образуются ферменты.

Особенно интересны были данные, касающиеся образования трипсина - одного из пищеварительных ферментов. Он образуется из трипсиногена. Но самое интересное вот что: неактивный трипсиноген превращается в активный трипсин в присутствии трипсина же! Не кажется ли это блестящим подтверждением гипотезы Кольцова? Трипсин строит из трипсиногена новые молекулы по образу своему и подобию.

Увы, специальные опыты показали, что это не так. Трипсины разных животных несколько отличаются друг от друга. Например, бычий несколько отличается от свиного, а свиной - от овечьего. Были поставлены опыты. В пробирку помещали бычий трипсин и свиной трипсиноген. В этом случае трипсиноген превращался в трипсин. Как будто ничего особенного. Но когда подробно исследовали образующийся трипсин, то оказалось, что это... свиной трипсин! Значит, "образец" (бычий трипсин) не передал своей специфики, получился свиной трипсин по тому образцу, которого в опыте не было. Сначала это казалось необъяснимым. Но когда определили величину молекул, то выяснилось, что молекула трипсиногена больше, чем молекула трипсина. Ничего себе "строительный камешек"! Кирпич-то оказался больше самого дома. Выходит, что трипсин не строится из трипсиногена, а получается в результате его частичного разрушения.

Теперь этот процесс выяснен достаточно подробно. Хотя молекулы ферментов очень велики, но их работа зависит от "активных групп" очень небольших размеров. Представьте себе туго натянутый лук. Если мы снимем или порвем тетиву, он распрямится, примет новую форму. А теперь представьте себе столь сильно натянутый лук, что концы его сходятся. Это и будет "модель" молекулы трипсиногена. Активная группа находится на одном из концов лука, но не может работать, потому что соединяется с другим концом, который заслоняет ее, мешает соприкасаться с теми веществами, на которые она должна действовать. Если от такой молекулы оторвать определенную часть ("тетиву"), она распрямится, активная группа освободится и неактивный трипсиноген превратится в активный трипсин. Ясно, что этот случай никакого отношения к гипотезе Кольцова не имеет.

Были и некоторые другие (правда, немногочисленные) случаи, когда казалось, что гипотеза Кольцова о размножающихся молекулах подтверждается. Но каждый раз более глубокое исследование показывало, что это не так.

Все сказанное относится к белкам. И это очень важно. Наследственная информация, которая должна храниться в молекулярных структурах, очень велика. Поэтому носителями ее могут быть только такие вещества, молекулы которых обладают очень большим разнообразием. Только среди них и стоило искать "размножающиеся молекулы". А изо всех известных веществ достаточное разнообразие могли дать только белки. Они были вне конкуренции.

Однако с середины 40-х годов появился новый претендент на важную биологическую роль - нуклеиновая кислота. Известна она была уже очень давно. Еще в 1868 году молодой химик Мишер, только что начавший свою научную деятельность в лаборатории знаменитого Гоппе-Зейлера в Тюбингене, изучал использованный перевязочный материал. Странный и неприятный объект исследования, не правда ли? Вряд ли солидный ученый стал бы заниматься подобной работой. А молодому стажеру приходится делать, что дадут. Самая неблагодарная работа достается на его долю. И уж верно, не угодил молодой Мишер чем-то своему профессору, если в качестве темы для самостоятельного исследования ему поручили изучить химический состав... гноя.

Мишер был упорен и трудолюбив. Гной так гной! Он собрал, зажимая нос, серую массу с грязных бинтов, выделил из нее клетки, из клеток - ядра и начал анализировать. Получилось что-то совершенно неожиданное: одно из выделенных веществ оказалось не похожим ни на что известное до тех пор химикам. Мишер снова и снова повторяет свои анализы и каждый раз получает одни и те же результаты. Наконец он решает обратиться к шефу.

- Господин профессор, - робко говорит он, - мне кажется, что в ядрах гноя имеется какое-то неизвестное вещество. Оно содержит довольно много фосфора, растворимо в воде и осаждается спиртом.

Гоппе-Зейлер проверяет анализы своего ученика. Да, все верно. Открыто новое вещество. Нужно его окрестить. Вещество выделено из клеточных ядер, ядро по-латыни называется "нуклеус": пусть будет "нуклеин".

Мишер переезжает в Базель, начинает работать самостоятельно, но время от времени возвращается к юношеской работе. Он пытается выделить нуклеин из клеточных ядер другого происхождения, и это каждый раз удается. По-видимому, это обязательная составная часть ядра. В 1872 году Мишеру удалось разделить нуклеин на две составные части: кислую и основную. Кислая известна теперь под названием нуклеиновой кислоты, а основную сам Мишер назвал протамином.

Хотя нахождение нуклеиновой кислоты в ядре и должно было бы, казалось, привлечь к ней внимание исследователей, но долгие годы нуклеиновая кислота была у химиков на положении Золушки. Мало кто обращал на нее внимание. Правда, то, что было о ней известно, не могло особенно заинтересовать. Считали, что у нуклеиновой кислоты небольшие (во всяком случае, по сравнению с белком) молекулы, причем все они совершенно одинаковы. Большинство ученых отводили нуклеиновой кислоте чисто подсобную роль. Полагали, например, что, окружая чехлом хромосомы, она защищает их от вредных воздействий. Так считал вслед за другими и Кольцов.

Медленно, очень медленно накапливались улики, заставлявшие заподозрить соучастие нуклеиновой кислоты в более важных делах. Так, еще до войны бельгиец Жан Браше и швед Торнбьерн Касперсон независимо друг от друга заметили, что чем интенсивнее клетка синтезирует белок, тем больше в ней нуклеиновой кислоты. Они стали утверждать, что нуклеиновая кислота играет роль в синтезе белка, но им мало кто верил. Были и некоторые другие данные, но они тоже мало кого убеждали.

Только в 1944 году появилась работа, заставившая поверить, что нуклеиновая кислота годна на что-то лучшее, чем служить чехлом для хромосомы.

Существует несколько разновидностей пневмококков - бактерий, вызывающих пневмонию (воспаление легких). Одна из них, например, не имеет оболочки из особого вещества, принадлежащего к группе Сахаров. Если такие бактерии высевать на твердую питательную среду, из них вырастают "корявые" колонии. А нормальные бактерии, с оболочкой, дают колонии аккуратные, гладенькие. Формы эти наследственно стойкие. Гладкие всегда дают гладкое потомство, а корявые - корявое.

В 1928 году группа ученых получила удивительные результаты, не похожие ни на что когда-либо наблюдавшееся раньше. Они убили нормальных "гладких" бактерий с помощью нагревания и смешали их с живыми "корявыми". После культивирования в потомстве были обнаружены живые "гладкие" пневмококки. Сомнений в том, что все "гладкие" были убиты, не возникало. Это тщательно и многократно контролировалось. Следовательно, произошло одно из двух: либо убитые "гладкие" воскресли в обществе живых "корявых", либо, что еще более удивительно, "корявые" под влиянием мертвых "гладких" приобрели их способность строить вокруг себя оболочку. Это превращение, или, как его назвали, трансформация, оказалось стойким: все потомки трансформированных пневмококков были тоже "гладкими".

В 1931 году такого же результата, как от убитых бактерий, удалось добиться, применяя бесклеточный экстракт. Если в среду, на которой развивались "корявые" бактерии, добавить вытяжку из "гладких", происходит такая же трансформация, как при добавлении убитых бактерий. Значит, бактерии содержат какое-то удивительное вещество, для краткости его условно обозначили ФТП (фактор трансформации пневмококков), способное направленно изменять наследственные свойства других бактерий. Но что это за вещество?

Долго ученые не могли получить ответа на этот вопрос. Лишь в 1944 году Освальду Эвери с сотрудниками удалось выделить загадочный ФТП. После долгих и сложных разделений и очисток они получили вполне определенное вещество, которое давало тот же самый эффект, что и цельный экстракт. Оно оказалось нуклеиновой кислотой!