Центральная догма молекулярной биологии. Как перестать путать транскрипцию и трансляцию⁠⁠

Френсис Крик, нобелевский лауреат и учёный, благодаря которому буквы ДНК стали тремя самыми знаменитыми буквами в современной биологии, дал своей гипотезе скандальное название "догма", совершенно не подумав о том, что тем самым его наблюдения претендуют на статус неоспоримой божественной истины — просто "догма", по мнению Крика, звучала круто.

К тому, кто возьмётся отрицать центральную догму молекулярной биологии, скорее всего, не ворвётся испанская инквизиция (хотя никто не ожидает испанскую инквизицию), да и парочка падших ангелов, желающих проложить себе дорогу обратно на небеса, едва ли заглянет на огонёк. Но был ли прав Френсис Крик, выдвигая свою теорию? И какой из законов жизни он посчитал настолько важным, чтобы ради него позаимствовать термин, которым на протяжении многих и многих веков пользовались почти исключительно богословы?

Элегантные постулаты Крика укладываются в три слова и две стрелки между ними:

ДНК → РНК → белок

Так что если ты не один из особо упоротых вирусов, дело обстоит так:

1. у тебя имеется ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, эдакая большая поваренная книга на все случаи жизни (читай: генетическая информация);

2. если тебе необходимо приготовить, допустим, борщ, то ты переписываешь конкретно рецепт борща на отдельный лист — это твоя РНК, рибонуклеиновая кислота;

3. РНК с рецептом борща вручается рибосомам, органеллам-поварятам, которые собирают из аминокислот готовое блюдо — молекулу белка.

Причём из готового борща ни при каких условиях нельзя извлечь его рецепт: молекула белка никогда не бывает матрицей для нуклеиновых кислот. Поток информации при производстве белка строго однонаправленный: от ДНК — к РНК, от РНК — к белку, и белок — конечная станция, поезд дальше не идёт, пожалуйста, покиньте вагоны?

Почему при этом большая книга (ДНК) не может служить матрицей (рецептом) для белка напрямую? Ведь на синтез посредника, которым по сути является РНК, тратится драгоценная для клетки энергия. И правда, с этой точки зрения каждый раз переписывать несчастный рецепт от руки — та ещё морока. Но клетка жертвует энергией, чтобы получить гораздо более ценный приз: творческую свободу.

Допустим, в твоей книге имеется вкуснейший рецепт яблочного пирога, доставшийся тебе ещё от прабабушки. К сожалению, от прадедушки тебе досталась ужасная аллергия на яблоки, и ты просишь поваров заменить их на груши. Повара относятся к выпечке очень серьёзно и просят тебя оставить письменные инструкции, желательно — прямо в рецепте. Большими буквами. Зачеркнув любое упоминание яблок. Чтобы потом не говорили, будто ты их не предупреждал. Вдруг у тебя и с грушами тоже не сложится.

Но эта книга — твоя семейная реликвия! Она передаётся из поколения в поколение, прямо как наследственная информация, закодированная в ДНК. И если ты сделаешь так, как советуют повара, рецепт прабабушкиного яблочного пирога будет безвозвратно утерян — а его место займёт грушевый пирог, который ни разу даже не появляется в твоих любимых воспоминаниях о детстве.

Поэтому ты переписываешь рецепт, убирая яблоки, но добавляя груши — и вместо оригинала вручаешь своим рибосомам копию.

А может быть, и нет у тебя никакой аллергии. Может быть, у тебя никак не получается вспомнить, какие яблоки клала в пирог твоя бабушка — и ты находишь двух поваров, одному вручая рецепт с антоновкой, а второму — с белым наливом. Или тебе нужно срочно приготовить тысячу пирогов — и ты понимаешь, что если тысяча поваров будет толпиться вокруг одной книги, тысяча пирогов займёт примерно тысячу лет. РНК — серый кардинал белкового синтеза, молекула, которая до сих пор остаётся в тени своей безкислородной сестры, но во многом именно благодаря РНК мы способны синтезировать более двух миллионов белков, располагая всего лишь 23—24 тысячами генов*.

* Конкретные цифры до сих пор уточняются, меняются и устаревают, но разница на два порядка (в сто раз) — абсолютный научный факт.

А теперь, проголодавшись и проникшись важностью РНК, представим, что у нас в ДНК хранится некая ценная генетическая информация. Например, знание о том, что "London is the capital of Great Britain".

Процесс передачи информации от ДНК к РНК называется транскрипцией. Давайте вспомним уроки какого-нибудь языка и транскрибируем нашу фразу. В филологическом понимании этого процесса, то есть с помощью специальных символов запишем, как эта фраза слышится, куда падает ударение и как произносятся разные звуки.

В итоге получаем что-то такое:

[ˈlʌndən ɪz ðə ˈkæpətəl ʌv ɡreɪt ˈbrɪtən]

По-латински "транскрипция" означает буквально "переписывание". То есть уже из названия понятно, что от этого процесса ожидается результат, который не будет сильно отличаться от оригинала. Например, в нашем транскрипте без особых усилий узнаётся английский язык (несмотря на появление нескольких странных закорючек и загогулин).

Примерно то же самое происходит в результате биологической транскрипции: и ДНК, и РНК — нуклеиновые кислоты, ближайшие родственницы, вещества одной химической природы. Поэтому неудивительно, что они общаются, можно сказать, на разных диалектах одного языка. ДНК для кодирования информации использует буквы (нуклеотиды) А, Т, Г и Ц. В таком же скромном и таком же четверобуквенном алфавите РНК есть буквы А, Г и Ц, но нет буквы Т, поэтому при "переписывании" все Т заменяются буквой У.

Процесс передачи информации от РНК к белку называется трансляцией. Слово "транслировать" похоже на английское translate, то есть переводить. Что же, переведём — и получим фразу "Лондон — столица Великобритании". По смыслу она абсолютно идентична изначальной "London is the capital of Great Britain", однако выглядит и звучит совершенно иначе, содержит другое количество слов и даже использует другой алфавит. И настолько же радикальное преображение происходит с информацией во время трансляции.

Потому что белки, в отличие от нуклеиновых кислот, говорят на совершенно другом языке: языке аминокислот, а не нуклеотидов. В аминокислотном языке абсолютно другие правила, другой синтаксис (пептидные связи вместо фосфодиэфирных) и аж двадцать букв вместо четырёх. При этом несколько разных нуклеотидных слов (которые всегда складываются из трёх букв и называются поэтому триплетами) на аминокислотный зачастую переводятся одинаково: например, аминокислоту глицин кодируют четыре триплета (ГГА, ГГУ, ГГЦ, ГГГ). Так что даже самые матёрые переводчики обычно пользуются таблицей кодонов:

Кроме того, поддавшись вдохновению (или нерешительности), мы можем предложить сразу несколько переводов: "Лондон — столица Великобритании", и "Лондон — это столица Великобритании", и даже "Лондон является столицей Великобритании". А уж если позволить себе парочку переводческих вольностей... тогда у нас, конечно, не останется никаких сомнений в том, что Лондон — столица и крупнейший город Соединённого Королевства Великобритании и Северной Ирландии.

Мораль истории? Учите английский, пеките пироги, постарайтесь не путать трансляцию и транскрипцию. А главное, помните о той незаметной, но очень важной, кропотливой, а иногда даже творческой работе, которую проделывает для нас РНК.