Почему белки могут выполнять много разных функций

Нуклеиновая кислота состоит из четырех остатков с модификациями: аденин, гуанин, тимин, цитозин, а пятый — урацил, который заменяет тимин в составе РНК. Этого достаточно, чтобы обеспечить передачу наследственной информации в форме генетического кода. Белок состоит из двадцати таких кирпичей, и все они разных свойств. У них есть радикалы, боковые группы, которые несут разные свойства. Одни большие и жирные, другие маленькие и растворимые в воде, одни заряжены положительно, другие отрицательно. Возможны разные комбинации с разными свойствами: небольшие жирные, небольшие заряженные, большие заряженные, гетероциклические, склонные образовывать водородные связи и вступать в другие слабые взаимодействия, способные образовывать ковалентные связи и еще много разных вариантов.

На самом деле у нас 21 аминокислота, еще есть селеноцистеин, а у бактерий их даже 22: добавляется еще пирролизин. В геноме селеноцистеин кодируется не кодом, а специальной шпилькой, то есть вторичной структурой РНК. При наличии такой шпильки вместо цистеина вставляется селеноцистеин. Можно сказать, что эта конформация тоже записана на уровне ДНК, потому что есть некий паттерн, который воздействует на рибосому и программирует создание шпильки и подстановку селеноцистеина, хотя кодон в этот момент такой же, как и для цистеина:

селеноцистеин 

 

— аналог цистеина с заменой атома серы на атом селена. Входит в состав активного центра фермента глутатионпероксидазы, а также в состав селенопротеинов и некоторых других белков

По-видимому, такого набора аминокислот хватает на все. Решение принимает естественный отбор: то, что не нужно, просто отбрасывается, а все полезное сохраняется. Эволюция не спрашивает: «Что мне делать? Хватит ли мне возможностей для реализации всех функций?» То, что есть сейчас, — это результат эволюционного процесса разработки белков на протяжении почти 4 миллиардов лет. Этого хватило вполне, чтобы перебрать очень много вариантов и получить как паутину, так и кожу, и когти, и зубы.

Белки являются продуктом эволюции, поскольку они напрямую кодируются в геноме. Поэтому возможностей для комбинаторики именно эволюционным путем — путем внесения мутаций в геном — у них больше. Инструменты синтеза липидов и углеводов ограничены ферментативными системами, поэтому, наверное, возможностей для комбинаторики у этих соединений было меньше. К тому же аминокислотный состав белков позволяет им самостоятельно быть энзимами, ферментами, снижать энергию активации реакций. Что касается углеводов и липидов, они несут либо структурную функцию, либо функцию распознавания, то есть рецепторную. Они не могут сами быть ферментами.

Есть еще рибозимы — молекулы РНК с ферментативными свойствами. РНК тоже кодируется в геноме, и у нее тоже были возможности для эволюции, но белки более стабильны с химической точки зрения, а РНК разлагалась быстро. Весь мир полон РНКаз, потому что в борьбе с вирусами все организмы приобрели этот фермент для расщепления вирусных геномов. Поэтому РНК уступили белкам в гонке функциональности, если можно так выразиться. Но это только во внешней среде. Внутри клеток РНК выполняют огромное количество разных функций. Мы только недавно узнали обо всех этих свойствах, потому что научились работать в условиях, свободных от РНКаз и ДНКаз. Когда проводишь эксперименты с нуклеиновыми кислотами, нельзя ничего трогать голыми руками, потому что у нас на коже тоже огромное количество РНКаз.

По материалам https://postnauka.ru/longreads/88741

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *