Додаток А

Співпраця задля життя

Життя на Землі не могло б існувати без співпраці в живій клітині білків та молекул нуклеїнових кислот (ДНК чи РНК). Задумаймось коротко над деякими подробицями цієї захопливої молекулярної співпраці, бо власне через них багатьом важко повірити, що живі клітини з’явилися випадково.

Пильно розглядаючи людське тіло на клітинному й молекулярному рівнях, можна побачити, що воно складається великою мірою з молекул білків. Більшість з них побудовані зі стрічкоподібних смужок амінокислот, що зігнуті й скручені в найрізноманітніші форми. Деякі з них подібні до кульки, а інші нагадують міхи акордеона.

Одні білки разом з жироподібними речовинами будують клітинні мембрани. Інші допомагають розносити кисень від легень по всьому нашому тілу. Існують також білки, що діють як ферменти (каталізатори). Завдяки їм відбувається травлення, бо вони розщеплюють білки, з яких складається їжа, до амінокислот. Це лише кілька функцій білків, а їх у них тисячі. Ви матимете рацію, сказавши, що білки вміло працюють задля життя — без них його попросту не було б. З другого боку, білки не могли б існувати, якби не їхній зв’язок з ДНК. Але що таке ДНК? На що подібна ця молекула? Як вона пов’язана з білками? Видатним ученим, які знайшли відповіді на ці запитання, було присуджено Нобелівські премії. Однак нам не потрібно мати глибокі знання з біології, щоб осягнути основи.

Молекула-володарка

Клітини великою мірою складаються з білків, тому існує постійна потреба в нових молекулах білків для підтримання життєдіяльності самих клітин і проведення в них хімічних реакцій, а також для утворення нових клітин. Необхідні для синтезу білків інструкції зберігаються в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). Щоб ліпше зрозуміти, як утворюється білок, розгляньмо пильніше ДНК.

Молекули ДНК містяться у клітинному ядрі. Окрім інструкцій, потрібних для побудови білків, ДНК зберігає й передає від одного покоління клітин до наступного спадкову інформацію. З вигляду молекули ДНК нагадують дві спірально закручені одна навколо одної нитки — подвійну спіраль (яку ще називають подвійним ланцюгом). Обидві нитки спіралі ДНК складаються з величезної кількості менших частинок — чотирьох видів нуклеотидів: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) і тиміну (Т). Дві літери цієї «азбуки» ДНК, А і Т або Г і Ц, утворюють один «місток» у  подвійній спіралі. Така спіраль містить тисячі генів — основних частинок спадковості.

Ген володіє даними, які необхідні для побудови білка. Послідовністю літер у гені створюється зашифрована інформація, або план, що вказує, якого виду білок слід будувати. Отже ДНК з усіма її складовими частинками є молекулою-володаркою життя. Без її закодованих інструкцій не існувало б різноманітних білків — тобто самого життя.

Посередники

Проте оскільки план для побудови білка зберігається в ядрі клітини, а сам «будівельний майданчик» — поза ядром, необхідна допомога, щоб доставити закодований план з ядра на місце будови. І тут на підмогу приходять молекули РНК (рибонуклеїнової кислоти). За хімічним складом молекули РНК подібні до молекул ДНК. Для виконання нашого завдання потрібно декілька видів РНК. Розгляньмо детальніше цей неймовірно складний процес створення за допомогою РНК життєво важливих білків.

Робота починається в клітинному ядрі, де подвійний ланцюг ДНК на певному відрізку розкручується. Це дає можливість літерам РНК під’єднатися до літер одного із роз’єднаних ланцюгів ДНК. Фермент, просуваючись уздовж літер РНК, з’єднує їх у ланцюжок. Таким способом відбувається переписування, або транскрипція, літер ДНК у літери РНК і створюється так званий діалект ДНК. Новенький ланцюжок РНК відділяється, і ланцюг ДНК знову закручується.

Ще кілька змін — і цей вид РНК (інформаційна РНК) готовий. Молекула покидає ядро й прямує до місця створення білків, де літери РНК розшифровуються. Кожна трійка літер РНК складає «слово», яке вимагає певної амінокислоти. Інший вид РНК знаходить цю амінокислоту, хапає її за допомогою ферменту й тягне на «будівельний майданчик». У міру того як відбувається зчитування й трансляція речення з РНК, росте ланцюг амінокислот. Внаслідок скручування та згортання, цей ланцюг набуває неповторної форми, і так утворюється один із видів білка. А в нашому тілі їх налічується понад 50 000 видів.

Навіть цей процес згортання білка незвичайний. У 1996 році науковці усього світу, «озброївшись найліпшими комп’ютерними програмами, провели змагання, метою якого було вирішення однієї з найскладніших проблем біології: як окремий білок, побудований з довгого ланцюга амінокислот, згортається у вигадливу форму, що вирішує його роль у житті. (...) Результат, коротко кажучи, був такий: комп’ютери програли двобій з білком... За підрахунками вчених, щоб розгадати головоломку згортання одного білка середніх  розмірів (зі 100 амінокислот), випробовуючи кожну можливість, треба затратити 10²⁷ (мільярд квінтильйонів) років» («Нью-Йорк таймс»).

Ми розглянули механізм синтезу білка лише в загальних рисах, але цього досить, щоб побачити, який то неймовірно складний процес. Як ви думаєте, скільки часу потрібно для формування ланцюжка із 20 амінокислот? Коло однієї секунди! І цей процес відбувається безперервно в усіх клітинах нашого тіла — від голови до ніг.

Яка ж суть вищесказаного? Співпраця, необхідна для створення та підтримки життя, вражає своєю складністю, а є ще багато інших деталей цього процесу, про які ми не згадуємо через їхню численність. Та й слово «співпраця» не цілком придатне для опису точних взаємодій, внаслідок яких синтезується молекула білка, оскільки білку потрібна інформація від молекул ДНК, а ДНК мусить мати кілька видів спеціальних молекул РНК. Не слід забувати також про різноманітні ферменти, кожен з яких виконує особливу й дуже важливу роль. Щоразу, коли в нашому тілі утворюються нові клітини,— а таке трапляється мільярди разів у день і без нашого свідомого керівництва,— потрібні копії усіх трьох компонентів — ДНК, РНК і білка. Тож зрозуміло, чому в журналі «Новий вчений» писалося: «Заберіть будь-який із цих трьох, і життя невдовзі зупиниться». Цю думку можна продовжити: без повної діючої команди життя взагалі не могло б виникнути.

Чи логічно припускати, що ці три учасники молекулярної команди з’явилися спонтанно в той самий час, у тому ж самому місці, та ще й точно настроєні, аби разом творити чудеса?

Однак є альтернативне пояснення появи життя на Землі. Багато переконалися, що життя — це твориво рук дбайливого Конструктора з інтелектом вищого порядку.