Психофизиология человека Кроль В М (стр. 27 из 61)

Таким образом, животные разных видов отличаются друг от друга тем, что молекулы ДНК их клеток содержат разные последовательности всего лишь четырех нуклеотидов. Сам факт, что в основе наследственной памяти лежит четырехеимвольный код и что записи памяти могут быть уподоблены очень длинной нитке с нанизанными на нее комбинациями четырех бусинок, утвердился в науке и в сознании ученых только 50-60 лет назад.

Как выглядит акт извлечения генетической информации, представляющий собой аналог активизации следа индивидуальной памяти? В самом общем виде этапы активации гена, имеющие место при считывании информации в ходе стандартного пути наработки белковых молекул, имеют следующий вид: две цепи ДНК расходятся так, что каждая ступенька разделяется пополам, и одна из цепей ДНК используется в качестве матрицы для ряда процессов, заканчивающихся образованием комплементарной молекулы информационной (матричной) РНК (кратко - иРНК или мРНК).

Далее на основании иРНК идет процесс сборки белковых молекул из аминокислот. Многочисленные эксперименты показали, что одна аминокислота кодируется на молекуле иРНК тремя нуклеотидами, так что имеет место принцип «один триплет (кодон) — одна аминокислота». Тройки нуклеотидов (триплеты, кодоны) реализуют генетический код и располагаются в виде непрерывной последовательности, формирующей иРНК. Причем, как ни странно, в этой последовательности отсутствуют знаки препинания, отделяющие один триплет от другого. Например, фрагмент иРНК, представляющий собой последовательность ...CUCAGCGUU..., кодирует три аминокислоты: лейцин (CUC), серии (AGC) и валин (GUU). РНК в отличие от ДНК вместо тимина (Т) содержит основание урацил (U).

Данный пример хорошо иллюстрирует последствия ошибок генетической памяти. В отличие от ошибок индивидуальной памяти эти ошибки часто носят катастрофический характер. Действительно, если последовательность нуклеотидов иРНК будет считываться начиная не с первого, а со следующего нуклеотида, возникнет так называемая проблеме «рамки считывания». Новые тройки нуклеотидов будут расшифрованы как инструкции синтеза совсем других аминокислот, формирующих, в свою очередь, другие белки (рис. 4.7). Такого рода ошибки могут происходить в результате точечных мутадий, когда один из нуклеотидов выбивается из РНК при мутирующем воздействии. В принципе при неблагоприятном стечении обстоятельств одна такая ошибка «вспоминания» может привести к раковым заболеваниям.

Забавной и, может быть, достаточно глубокой иллюстрацией важности проблемы «рамки считывания» служит ее, казалось бы, неожиданное сопоставление с аналогичными проблемами человеческой речи. Рассмотрим классическую и для лингвистов, и для молекулярных биологов (по крайней мере, русскоязычных) фразу: «На поле он косил цветы, поля кипели соловьями». Изменим «рамку считывания» и получим другую фразу: «Наполеон косил цветы, поляки пели соловьями».

Для прочтения записей иРНК используется еще один вид РНК — транспортная РНК. Таким образом, каждая белковая цепь собирается на основании соответствующей матрицы иРНК с помощью транспортных РНК (тРНК), играющих роль адапторов. Адапторная функция молекул тРНК заключается в том_у что тРНК узнает и аминокислоту, и соответствующий ей трип лётный код нуклеотидных оснований и РНК. Каждый тип тРНК соответствует определенной аминокислоте. К одному концу тРНК прикреплена соответствующая аминокислота, в то время как функция другого конца состоит в поиске на иРНК кодовой последовательности, соответствующей данной аминокислоте. Таким образом, структура молекулы тРНК такова, что обеспечивает сопряжение кода аминокислоты и самой аминокислоты. Находя «свою» кодовую последовательность, тРНК одним своим концом сопрягается с иРНК, в то время как его второй конец, соединенный с аминокислотой, участвует в процессе присоединения этой аминокислоты к строящейся белковой цепи (рис. 4.8).

Важно отметить, что в процессе воспроизведения наследственной памяти (генетической информации) огромное значение играют различные механизмы управления, регулирующие последовательность прочтения тех или иных генов и таким образом выстраивающих стратегию построения тканей и органов на основании синтеза отельных белковых молекул. Действительно, стоит еще раз задуматься над тем, что генетический код представляет собой механизм хранения только лишь информации о структуре отдельных белковых молекул. Проблемы, связанные с устройством генетической памяти высоких уровней, изучены гораздо меньше, чем вопросы кодирования информации о синтезе белковых молекул. Можно предполагать, что эти проблемы аналогичны проблемам организации сложных индивидуальных воспоминаний на основании таких элементарных актов, как формирование синаптических связей при установлении ассоциаций.

В частности, в плане проблем организации и считывания генетической памяти принципиально важное значение имеет работа так называемых регуляторных белков, определяющих порядок и интенсивность считывания генной информации. В их функции входит блокирование одних генов, открытие других. В любой клетке в любой момент времени одни гены используются для синтеза РНК в очень больших количествах, другие — порождают только одну копию.

Например, при производстве белка фиброина — основного компонента естественного шелка — один ген каждой клетки шелкоотдели-тельной железы гусеницы бабочки шелкопряда производит 10⁴ копий иРНК, на каждой из которых синтезируется 10⁵ молекул фиброина, что за 4 суток дает 10⁹ молекул фиброина на клетку.

Работа регуляторных белков, управляющих последовательностью этапов развития организма, его тканей и органов, является следствием

многих этапов, начало которых так или иначе связано с процессами воспроизводства самих белков по схеме «ДНК — РНК — белок». Однако реализация хранящихся в наследственной памяти схем и инструкций построения организма связана с работой сложной многоуровневой иерархии управляющих воздействий, реализующих генетическую память. Управляющие воздействия включают, по-видимому, точное по времени и месту действия включение большого количества различных регуляторных белков и других типов молекул. Как полагают, эти молекулы могут синтезироваться в очень небольших количествах в очень узких интервалах времени.

В качестве яркого примера работы так называемых главных регуляторных белкой (функции регуляторных генов) можно привести данные tto экспериментам с мутациями у маленьких плодовых мушек дрозофил. Удобство использования этих мушек с романтическим названием в опытах с изучением генетической памяти связано с коротким и быстрым циклом их развития, возможностью работы с большим количеством особей одновременно, что дает большой статистический материал за короткое время. (Dmsophila — означает в переводе с латинского «любящая росу», потому что мушки выходят из своих куколок на рассвете, когда воздух влажный, а опасность нападения хищников не столь велика. Возможно, более правильно, но менее романтично их следовало бы называть— «любящие переспелые, точнее, подгнившие плоды». Что делать, красивые слова часто приходят в некоторое противоречие с правдой жизни.)

Выяснилось, что Мутации, экспериментально вызываемые в течение критического интервала времени, могут принципиально изменить генетическую память и кардинально нарушить схему развития организма. Например, мутация Antennapedia приводит к тому, что на голове мушки на месте антенн растут ноги (рис. 4.9). При мутации bithorax у дрозофил вместо придатков, именуемых жужжальцами, появляется дополнительная пара крыльев. Во многих подобных опытах показано, что генетическая, наследственная, память устроена так, что реализует многоуровневую иерархию, при которой продукты одних генов контролируют работу других, управляя при этом сложнейшими программами развития целых органов.

Существование главных регуляторных белков показано и у человека. Это свидетельствует о наличии в процессе развития человека принципиально важных записей генетической памяти, нарушение которых кардинально меняет схему его развития. Например, показано, что отсутствие на определенном этапе развития только одного белка — рецептора мужского полового гормона — тестостерона приводит к тому, что эмбрион с мужским генотипом развивается во внешне почти нормальную женщину. Естественно, что эти данные не являются следствием экспериментов. Вообще интересно отметить, что все млекопитающие, не испытавшие на определенном этапе эмбрионального развития воздействия тестостерона, развиваются по женскому пути. У мутантных по гену, кодирующему рецептор тестостерона, самцов, несмотря на то что их организм вырабатывает тестостерон, развиваются все вторичные половые признаки самок.

Для процессов индивидуального обучения и запоминания необходимы гены, регулирующие работу внутриклеточных посредников - Са²⁺ и циклического АМФ