Հավելված Ա

Ներդաշնակ աշխատանք կյանքի համար

Առանց կենդանի բջջի մեջ կատարվող սպիտակուցային և նուկլեինաթթվային (ԴՆԹ կամ ՌՆԹ) մոլեկուլների համատեղ աշխատանքի կյանքը երկրի վրա գոյություն չէր ունենա։ Այժմ համառոտակի աչքի անցկացնենք այդ մոլեկուլային համագործակցության որոշ զարմանահրաշ մանրամասնություններ, քանի որ դրանց պատճառով շատերը դժվարանում են հավատալ, որ կենդանի բջիջը պատահական է ծագել։

Եթե մանրամասնորեն ուսումնասիրենք մարդու մարմինը և զննենք նրա միկրոսկոպիկ մասնիկները, կտեսնենք, որ այն հիմնականում բաղկացած է սպիտակուցային մոլեկուլներից։ Այդ բջիջների մեծամասնությունը կազմված է ժապավեններ հիշեցնող ամինաթթուների օղակներից, որոնք ծռված և ոլորված են զանազան ձևերով։ Որոշ մասը ծալված է գնդաձև, մնացածները դասավորված են ակորդեոնի ծալքերի նման։

Որոշակի սպիտակուցներ ճարպային մոլեկուլների հետ բջջաթաղանթներ են կազմում։ Ուրիշները օգնում են թթվածինը թոքերից մարմնի մնացած մասերին հասցնելու։ Կան սպիտակուցներ, որոնք մարսողական ֆերմենտների (կատալիզատորների) դեր են կատարում՝ քայքայում են կերակրի մեջ պարունակվող սպիտակուցները և վերածում ամինաթթուների։ Սրանք ընդամենը մի քանիսն են այն հազարավոր ֆունկցիաներից, որոնք կատարում են սպիտակուցները։ Իհարկե չեք սխալվի, եթե ասեք, որ սպիտակուցները կյանքի հմուտ արհեստավորներն են. առանց դրանց կյանքը չէր պահպանվի։ Իրենց հերթին սպիտակուցները գոյություն չէին ունենա առանց ԴՆԹ–ի։ Իսկ ի՞նչ է իրենից ներկայացնում ԴՆԹ–ն։ Ի՞նչ կապ կա ԴՆԹ–ի և պրոտեինների միջև։ Փայլուն գիտնականներ Նոբելյան մրցանակներ են շահել այս հարցերի պատասխանները գտնելու համար։ Սակայն հիմնական գաղափարն ըմբռնելու համար հարկ չունենք առաջադեմ կենսաբան լինելու։

Գլխավոր մոլեկուլը

Բջիջները հիմնականում բաղկացած են սպիտակուցներից, ուստի անընդհատ նոր սպիտակուցներ են հարկավոր բջիջների գոյությունը պահպանելու, նոր բջիջներ ստեղծելու, ինչպես նաև բջիջների ներսում քիմիական ռեակցիաներին նպաստելու համար։ ԴՆԹ–ի (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) մոլեկուլներում են գտնվում սպիտակուցների սինթեզի համար անհրաժեշտ հրահանգները։ Որպեսզի ավելի լավ հասկանանք, թե ինչպես է սինթեզվում սպիտակուցը, եկեք մոտիկից ծանոթանանք ԴՆԹ–ին։

ԴՆԹ–ի մոլեկուլները գտնվում են բջջակորիզում։ Սպիտակուցների սինթեզման համար անհրաժեշտ հրահանգներ պարունակելուց բացի ԴՆԹ–ն պահպանում և բջիջների մի սերնդից մյուսին է փոխանցում գենետիկ տեղեկությունը։ ԴՆԹ–ի մոլեկուլներն իրենց ձևով ոլորված պարանասանդուղք են հիշեցնում (կոչվում է «կրկնակի պարույր»)։ ԴՆԹ–ի «պարանասանդուղքի» երկու պարույրներից յուրաքանչյուրը բաղկացած է հսկայական քանակությամբ փոքրիկ մասնիկներից, որոնք կոչվում են նուկլեոտիդներ և սովորաբար ունեն չորս տեսակի հիմքեր՝ ադենին (A), գուանին (G), ցիտոզին (C), թիմին (T)։ ԴՆԹ–ի այս «այբուբենի» տառերի մի զույգով՝ կամ A–ն T–ի հետ, կամ էլ G–ն C–ի հետ, կազմվում է երկպարույր «պարանասանդուղքի» մի կողմը։ Այդ «սանդուղքը» հազարավոր գեներ է պարունակում, որոնք ժառանգականության հիմնական միավորներն են։

Գենը պահպանում է սպիտակուցի սինթեզման համար պահանջվող ինֆորմացիան։ Տառերի հաջորդականությունը գենում ծածկագրված տեղեկագրություն է կամ նախագիծ, որը թելադրում է, թե ինչ տիպի սպիտակուց պետք է կառուցվի։ Ուստի, ԴՆԹ–ն՝ իր բոլոր ենթամիավորներով հանդերձ, կյանքի գլխավոր մոլեկուլն է։ Առանց նրա ծածկագրված հրահանգների գոյություն չէին ունենա զանազան սպիտակուցները, իսկ վերջիններիս բացակայության դեպքում չէր լինի և կյանքը։

Կապող օղակները

Սպիտակուցի սինթեզի նախագիծը պահպանվում է բջջակորիզում, իսկ սինթեզը տեղի է ունենում կորիզից դուրս, ուստի ծածկագրված նախագիծը կորիզից դեպի սինթեզի վայրը հասցնելու համար օգնություն է հարկավոր։ Տվյալ օգնությունը հայթայթում են ՌՆԹ–ի (ռիբոնուկլեինաթթու) մոլեկուլները։ ՌՆԹ–ի մոլեկուլները քիմիական հատկություններով նման են ԴՆԹ–ի մոլեկուլներին, և սպիտակուցի սինթեզին մասնակցում են ՌՆԹ–ի մի քանի տեսակներ։ Տեսնենք, թե ինչպես են ՌՆԹ–ի օգնությամբ կատարվում մեզ համար այնքան անհրաժեշտ սպիտակուցների սինթեզի այդ բավականին բարդ պրոցեսները։

Գործընթացը սկիզբ է առնում բջջակորիզում, որտեղ արձակվում է ԴՆԹ–ի պարանասանդուղքը։ Դա թույլ է տալիս ՌՆԹ–ի տառերին ԴՆԹ–ի պարույրներից մեկի բացված տառերի հետ միանալ։ Ֆերմենտը փոխադրում է ՌՆԹ–ի տառերը դրանք կապելու համար։ ԴՆԹ–ի տառերը «արտագրվում» են ՌՆԹ–ի տառերի տեղը՝ կազմելով ԴՆԹ–ի «բարբառը»։ ՌՆԹ–ի այս նորաստեղծ շղթան անջատվում է, և ԴՆԹ–ի պարանասանդուղքը կրկին փակվում է։

Հետագա փոփոխություններից հետո ինֆորմացիա փոխադրող ՌՆԹ–ի այս ծածկագրված տիպը պատրաստ է։ ՌՆԹ–ն դուրս է գալիս բջջակորիզից և շարժվում դեպի սպիտակուցի սինթեզման վայրը, որտեղ էլ վերծանվում են ՌՆԹ–ի տառերը։ ՌՆԹ–ի երեք տառերից յուրաքանչյուրը մեկ «բառ» է կազմում, որը որոշակի ամինաթթու է պահանջում։ ՌՆԹ–ի մեկ այլ տիպ գտնում է այդ ամինաթթուն, հափշտակում ֆերմենտի օգնությամբ և բերում սպիտակուցի սինթեզի վայրը։ Մինչ ԴՆԹ–ի ծածկագրված տեղեկությունը վերծանվում է, արտադրվում է ամինաթթուների մի երկար շղթա։ Այս շղթան պարուրվում, ծալվում է և ընդունում յուրահատուկ մի ձև՝ դառնալով սպիտակուցի որոշակի տեսակ։ Իսկ մեր մարմնում նման տեսակի սպիտակուցների քանակը հասնում է շուրջ հիսուն հազարի։

Անգամ սպիտակուցի ծալվելու հետ կապված այս պրոցեսը խիստ աչքի ընկնող է։ 1996–ին համայն աշխարհի գիտնականները, «համակարգիչների լավագույն ծրագրերով զինված, մրցակցության մեջ մտան՝ փորձելով լուծել կենսաբանության դժվարըմբռնելի խնդիրներից մեկը, այն է՝ պարզել, թե ինչպես է ամինաթթուների երկար շղթայից բաղկացած սպիտակուցը ամենաբարդ ձևով ծալվում, ինչը և որոշում է կյանքում այդ սպիտակուցի ունեցած դերը.... Այդ մրցակցության արդյունքը մեկ–​երկու խոսքով կարելի է ներկայացնել այսպես. սպիտակուցները համակարգիչների դեմ փայլուն հաղթանակ տարան.... Գիտնականները հաշվարկեցին, որ հարյուր ամինաթթվից կազմված միջին չափի սպիտակուցի ծալվելու բոլոր հնարավոր եղանակները փորձելու համար կպահանջվի 10²⁷ (երեք անգամ միլիարդ [օկտիլիոն]) տարի» («Նյու Յորք Թայմզ»)։

Մենք շատ հակիրճ քննարկեցինք սպիտակուցի սինթեզի պրոցեսը, սակայն, հավանաբար, նկատեցիք, թե ինչպիսի բացառիկ բարդ պրոցես է այն իրենից ներկայացնում։ Ի՞նչ եք կարծում, որքա՞ն ժամանակ է հարկավոր քսան ամինաթթուներից բաղկացած շղթա ստեղծվելու համար. ընդամենը մեկ վայրկյան։ Եվ այդ պրոցեսն անդադար ընթանում է մեր մարմնի բջիջներում՝ ոտքից մինչև գլուխ։

Ո՞րն է բանի էությունը։ Թեև կան բազում այլ փաստարկներ, որոնք չափազանց շատ են թվարկելու համար, սակայն կյանքի ստացման և պահպանման համար անհրաժեշտ այս ներդաշնակ աշխատանքը պատկերացնելն արդեն իսկ ապշեցուցիչ է։ «Ներդաշնակ աշխատանք» արտահայտությունը հազիվ թե բնորոշի, թե որքան ճշգրիտ փոխազդեցություն է հարկավոր սպիտակուցի մոլեկուլ ստանալու համար, երբ սպիտակուցին ինֆորմացիա է անհրաժեշտ ԴՆԹ–ի մոլեկուլներից, իսկ ԴՆԹ–ին հարկավոր են ՌՆԹ–ի հատուկ մոլեկուլների մի քանի տեսակներ։ Չի կարելի անտեսել նաև զանազան ֆերմենտները, որոնցից յուրաքանչյուրը որոշակի և կարևոր դեր է կատարում։ Երբ մեր մարմնում նոր բջիջներ են առաջանում, ինչն օրվա մեջ տեղի է ունենում միլիարդավոր անգամներ և առանց մեր գիտակցելու, այդ ժամանակ պահանջվում է այս բոլոր երեք բաղադրությունների՝ ԴՆԹ–ի, ՌՆԹ–ի և սպիտակուցի առկայությունը։ Ահա թե ինչու է «Նյու սայենթիսթ» ամսագրում ասվում. «Այս երեքից մեկի բացակայության պայմաններում՝ հավիտյան հրաժեշտ կտրվի կյանքին»։ Գալիս ենք հետևյալ եզրակացությանը. այս ամբողջական և աշխատունակ խմբի բացակայության դեպքում կյանքի առաջացումը երբեք հնարավոր չէր լինի։

Տրամաբանակա՞ն է ենթադրել, որ մոլեկուլային խմբերի այս երեք անդամներն ինքնաբերաբար առաջ են եկել միաժամանակ, միևնույն տեղում և այնքան ճիշտ են համապատասխանել իրար, որ կարողացել են միանալ իրենց զարմանահրաշ աշխատանքը սկսելու համար։

Կյանքի ծագման վերաբերյալ գոյություն ունի մեկ այլ բացատրություն։ Շատերը եկել են այն եզրակացության, որ կյանքը բացարձակ բանականության տեր, հոգատար Վարպետի ձեռքի գործն է։