Может быть, белки?

Однако чем глубже ученые проникали в недра живой клетки, тем больше их волновал вопрос: какой именно компонент ее передает наследственную информацию? Долгое время, вплоть до середины нашего века, это оставалось загадкой. Выдвигалось немало разных, подчас противоположных предположений. Многие ученые связывали передачу наследственных свойств от родителей потомству с органическими высокомолекулярными веществами клетки - белками.

Они представляют собой большие молекулы, построенные из десятков и сотен элементарных звеньев - аминокислот.

Всего в живой клетке известно около 20 видов основных аминокислот. Название аминокислоты получили из-за содержания в своем составе аминной и карбоксильной групп, обладающих соответственно щелочными и кислотными свойствами. Наличие этих двух групп обуславливает способность аминокислот активно реагировать с веществами как кислотной природы, так и щелочной.

Молекула белка образуется последовательным соединением аминокислот друг с другом. Порядок их в цепи белковой молекулы служит качественной характеристикой данного вида белка. Изменение в расположении даже одной аминокислоты ведет к образованию совершенно новой молекулы. Нетрудно представить себе, что число белковых молекул, которое образуется из 20 разных аминокислот, достигает поистине астрономических размеров.

Если бы макромолекулы белка вытянулись в цепочки, они заняли бы в клетке слишком много места, что затруднило бы ее жизнедеятельность. Поэтому молекулы скручиваются, изгибаются, свертываются в самые причудливые конфигурации. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры молекул белков.

Как же внешне выглядят эти невидимые простым глазом микроскопические структуры? Первичную структуру белка образуют аминокислоты, соединенные между собой.

Вторичная структура возникает на основе первичной. В этом случае вытянутая белковая цепь укладывается спиралью, состоящей из равномерных витков. Соседние витки соединены слабыми водородными связями, которые при многократном повторении придают устойчивость молекулам с этой структурой. Вторичную структуру можно сравнить со спиралью в электроплитке или с винтовой лестницей.

Третичная структура образуется на основе вторичной. При этом спираль вторичной структуры укладывается в трехмерный клубок, форма которого у каждого вида белков строго специфична. Третичная структура удерживается за счет связей между аминокислотами, а также за счет множества слабых электростатических связей.

Четвертичная структура появляется, если скручиваются несколько молекул белков третичной структуры, и может состоять только из молекул белков разных видов.

Интересно, что чем выше структурный уровень белковых молекул, тем слабее поддерживающие их химические связи: повышается чувствительность к физико-химическим условиям среды, температуре, радиации и так далее. Структуры разрушаются до первично-исходной. Это явление называют денатурацией. Степень денатурации зависит от интенсивности действующих на природный белок физико-химических условий: чем они интенсивнее, тем сильнее нарушения.

Молекулы белков отличаются друг от друга по восприимчивости к денатурирующему агенту. Так, например, яичный белок денатурируется при температуре в 60 - 70 градусов Цельсия, а сократительный белок мышц - при 45 градусах.

Если интенсивность денатурирующего агента невелика, многие белки способны самопроизвольно восстановить свою исходную структуру.

Теперь, когда мы выяснили, как устроены белки, постараемся разобраться, какова же их биологическая роль в клетке. Белки, называемые также протеинами от греческого "протос" - первый, в клетках животных и растений выполняют поистине грандиозные по своим масштабам функции.

В большинстве случаев проявление жизни определяется активностью белка. Энергия клетки прежде всего идет на синтез белка, а затем уже расходуется на выполнение других разнообразных процессов. К основным функциям, выполняемым белками, можно отнести в первую очередь каталитические. Жизнедеятельность клетки, в основе которой лежит система взаимосвязанных биохимических реакций, была бы просто невозможна без биологических катализаторов - ферментов.

По своей природе ферменты представляют собой белки и обладают необычайно большой каталитической активностью. Например, одна молекула фермента за одну минуту осуществляет реакцию распада пяти миллионов молекул пероксида водорода. Благодаря каталитической активности ферментов в клетке происходит большое число сложнейших синтезов при низких температурах и малом давлении. Самое интересное, что, несмотря на все достижения современной науки, такого уровня синтеза пока не достигло ни одно промышленное производство.

Не менее важной функцией, выполняемой белками, является отражательная. Белки клетки осуществляют прием идущих извне сигналов. При этом действующие факторы среды - температурный, химический, механический и так далее - вызывают изменения в структуре белков - обратимую денатурацию. Она в свою очередь способствует возникновению химических реакций, обеспечивающих ответ клетки на внешнее раздражение.

Нельзя не сказать и о гормональной функции белков. Сами гормоны в ряде случаев также представляют собой белки. Наряду с нервной системой гормоны с помощью химических реакций управляют работой и отдельных органов, и всего организма.

Ну, а возьмите двигательные функции. Ведь все виды движений как клетки, так и организма от мерцания ресничек у простейших до сокращения мышц у высших животных - производятся с помощью особого вида белка - сократительного.

Не надо также забывать, что белки являются основным строительным материалом как клеток - их мембран, оболочек, так и организмов - их тканей, кровеносных сосудов, нервов и так далее. При этом белки обладают индивидуальной специфичностью, то есть в организме каждого человека содержатся некоторые белки, характерные лишь для него.

Кроме того, существуют белки, защищающие клетку и в целом организм от чужеродных тел. Такие белки носят название антител.

Не меньший труженик и белок гемоглобин крови. Он способен связывать кислород воздуха, транспортировать его по всему телу. Эта важнейшая функция свойственна и некоторым другим белкам.

Наряду с углеводами и жирами белки являются также источниками энергии в организме.

Из всего сказанного следует, что белки - это важнейший компонент клетки, без которого практически невозможно проявление свойств жизни, да и вообще само ее возникновение. Около 100 лет назад Ф. Энгельс, подчеркивая огромную роль белков для явления жизни, писал, что жизнь есть способ существования белковых тел. Развитие биологии подтвердило это положение. Но передача наследственной информации от поколения к поколению зависит все же не от белков. Постепенно это становилось ясно ученым. Тогда от чего же? Поиски продолжались.