დანართი I
შეთანხმებული მოქმედება სიცოცხლისთვის
დედამიწაზე სიცოცხლე ვერ იარსებებდა ცოცხალ უჯრედში ცილისა და ნუკლეინმჟავას მოლეკულების (დნმ-ს ან რნმ-ს) შეთანხმებული მოქმედების გარეშე. მოდით მოკლედ მიმოვიხილოთ მოლეკულების ერთობლივი მოქმედების ზოგი საინტერესო საფეხური, ვინაიდან ზუსტად ამის გამო არ სჯერა მრავალს ცოცხალი უჯრედის შემთხვევით გაჩენა.
თუ ჩვენი სხეულის მიკროსკოპულ უჯრედებს გამოვიკვლევთ, აღმოვაჩენთ, რომ ძირითადად ცილის მოლეკულებისგან შევდგებით. მათი უმეტესობა აგებულია სხვადასხვა ფორმით დაგრეხილი და დაწნული ამინომჟავების ვიწრო ზოლებისგან. ზოგს ბურთულას ფორმა აქვს, ზოგს კი — აკორდეონის ნაკეცის.
ზოგი ცილა ლიპიდებთან, ურთიერთკავშირით ქმნის უჯრედის მემბრანას. სხვა ცილებს ჟანგბადი გადააქვთ ფილტვებიდან მთელ სხეულში. გარკვეული ცილები საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების (კატალიზატორების) როლს ასრულებენ — საკვებში არსებულ ცილებს ამინომჟავებად შლიან. ეს მხოლოდ რამდენიმეა ცილის ათასობით ფუნქციიდან. არ შეცდებოდით, თუ იტყოდით, რომ ცილებს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვთ სიცოცხლისთვის; მათ გარეშე სიცოცხლე არ იარსებებდა. თავის მხრივ, ცილების არსებობა დაკავშირებულია დნმ-სთან. მაგრამ რა არის დნმ? როგორია ის? რა კავშირი აქვს მას ცილებთან? ამ კითხვაზე პასუხის გაცემისთვის გამოჩენილმა მეცნიერებმა ნობელის პრემია მიიღეს. მაგრამ სულაც არ არის საჭირო, ბიოლოგები ვიყოთ, რომ ამ საკითხში გავერკვეთ.
მაკონტროლებელი მოლეკულა
უჯრედები ძირითადად ცილებისგან შედგება და ამიტომ უჯრედების შესანარჩუნებლად, ახალი უჯრედების წარმოსაქმნელად და უჯრედებში ქიმიური რეაქციების ხელშესაწყობად ყოველთვის საჭიროა ახალი ცილები. ცილების წარმოქმნისთვის საჭირო ინსტრუქციები იმყოფება დნმ-ს (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას) მოლეკულებში. უკეთ რომ გავიგოთ ცილების წარმოქმნის პროცესი, უფრო ახლოს გავეცნოთ დნმ-ს.
დნმ-ს მოლეკულები განლაგებულია უჯრედის ბირთვში. ცილების წარმოქმნისთვის აუცილებელ ინსტრუქციებთან ერთად დნმ ინახავს და მემკვიდრეობით გადასცემს ინფორმაციას უჯრედების ერთი თაობიდან მეორე თაობაში. დნმ-ს მოლეკულის აგებულება დაგრეხილ თოკის კიბეს წააგავს (ეწოდება „ორმაგი სპირალი“). დნმ-ს „კიბის“ თითოეული ძაფი შედგება უამრავი პაწაწინა ნაწილისგან, რომლებსაც ნუკლეოტიდები ეწოდება და რომლებიც ოთხი სახით არსებობს: ადენინიანი (ა), გუანინიანი (გ), ციტოზინიანი (ც) და თიმინიანი (თ). დნმ-ს ამ „ანბანით“, ასოების შეწყვილებით, — ა-ს თ-სთან ან გ-ს ც-სთან — იქმნება საფეხური ორმაგ სპირალურ „კიბეში“. „კიბე“ კი შეიცავს ათასობით გენს, მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ძირითად ერთეულებს.
გენში ჩადებულია ცილის წარმოქმნისთვის საჭირო ინფორმაცია. ასოების თანმიმდევრობა გენში წარმოქმნის კოდირებულ ცნობას, ანუ „საკონსტრუქციო გეგმას“, რომელიც მიუთითებს, თუ რომელი სახის ცილა უნდა შეიქმნას. აქედან გამომდინარე, დნმ ყველა თავის სუბერთეულთან ერთად სიცოცხლის მაკონტროლებელი მოლეკულაა. მისი კოდირებული ინსტრუქციების გარეშე ვერ იარსებებდა სხვადასხვაგვარი ცილა, რაც ნიშნავს, რომ არც სიცოცხლე იქნებოდა.
შუამავლები
ცილის ასაგები გეგმა უჯრედის ბირთვშია მოთავსებული, ხოლო ცილის აგება ბირთვის გარეთ ხდება, ამიტომ დახმარებაა საჭირო, რომ კოდირებული გეგმა ბირთვიდან „სამშენებლო მოედანზე“ გადმოვიდეს. ამ დახმარებას რნმ-ს (რიბონუკლეინის მჟავას) მოლეკულები სწევენ. ქიმიურად რნმ-ს მოლეკულები გვანან დნმ-ს მოლეკულებს. ცილის ასაგებად საჭიროა რნმ-ს რამდენიმე სახეობა. მოდით დავაკვირდეთ ჩვენი სიცოცხლისთვის მნიშვნელოვანი ცილების წარმოქმნის ამ ურთულეს პროცესებს, რომლებიც რნმ-ს დახმარებით სრულდება.
მუშაობა იწყება უჯრედის ბირთვში, სადაც დნმ-ს „კიბის“ ნაწილი იხსნება. ეს რნმ-ს ასოებს საშუალებას აძლევს, დაუკავშირდეს დნმ-ს ერთ-ერთი ძაფის გახსნილ ასოებს. ფერმენტს გადააქვს რნმ-ს ასოები და ძაფად კრავს მათ. ამგვარად, დნმ-ს ასოები გადაიწერება რნმ-ს ასოებში და იქმნება ის, რასაც შეიძლება ვუწოდოთ დნმ-ს „დიალექტი“. დნმ-ს სცილდება რნმ-ს ახლად შექმნილი ჯაჭვი და დნმ-ს კიბე ისევ იკვრება.
შემდგომი მოდიფიკაციის შემდეგ კოდირებული რნმ-ს ეს გარკვეული სახეობა მზადაა. ის გამოდის ბირთვიდან და მიემართება ცილების წარმოების ადგილზე, სადაც რნმ-ს ასოების გაშიფვრა ხდება. რნმ-ს თითოეული სამასოიანი ჯგუფი ქმნის „სიტყვას“, რომლისთვისაც ერთი განსაკუთრებული ამინომჟავაა საჭირო. სხვა რნმ ეძებს ამ ამინომჟავას, ფერმენტის დახმარებით იჭერს მას და „სამშენებლო მოედანზე“ მიაქვს. როცა რნმ-ში ჩაწერილი ინფორმაციის წაკითხვა და ტრანსლაცია ხდება, იქმნება ამინომჟავების ჯაჭვი, რომელიც თანდათან იზრდება. ეს ჯაჭვი იგრიხება და განუმეორებელ ფორმას ღებულობს, რის შედეგადაც ერთი რომელიმე სახის ცილა იქმნება. ჩვენს სხეულში ცილის სახეობების რაოდენობამ შეიძლება 50000-ზე მეტს მიაღწიოს.
ცილის დახვევის ეს პროცესიც ღირსშესანიშნავია. 1996 წელს მთელ მსოფლიოში „საუკეთესო კომპიუტერული პროგრამებით შეიარაღებულმა მეცნიერებმა შეჯიბრი მოაწყვეს ბიოლოგიის ერთ-ერთი ურთულესი პრობლემის ამოხსნაში: როგორ იღებს ცალკეული ცილა, რომელიც ამინომჟავების გრძელი რგოლისგან შედგება, რთულ ფორმას, რაც განსაზღვრავს მის როლს სიცოცხლეში. . . მოკლედ რომ ვთქვათ, შედეგი ასეთი იყო: ცილებმა კომპიუტერები დაამარცხეს. . . მეცნიერებმა გამოთვალეს, რომ 100 ამინომჟავასგან აგებული საშუალო ზომის ცილის დახვევის ყოველი შესაძლებლობის გამოთვლას დასჭირდებოდა 1027 (მილიარდ მილიარდჯერ მილიარდი) წელი“ („ნიუ-იორკ ტაიმზი“).
ჩვენ მხოლოდ მოკლედ განვიხილეთ ცილის წარმოქმნის პროცესი, მაგრამ, როგორც ხედავთ, ის საკმაოდ რთულია. როგორ ფიქრობთ, რა დრო სჭირდება 20 ამინომჟავასგან შედგენილი ჯაჭვის შექმნას? დაახლოებით ერთი წამი! და ეს პროცესი განუწყვეტლივ მიმდინარეობს ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედში.
რაზე მეტყველებს ყოველივე ეს? თუმცა შეუძლებელია სიცოცხლის წარმოშობისა და შენარჩუნებისთვის საჭირო უამრავი ფაქტორის ჩამოთვლა, მხოლოდ ზემოხსენებული შეთანხმებული მოქმედებაც კი იწვევს ჩვენში განცვიფრებას. ფრაზა „შეთანხმებული მოქმედება“ ბოლომდე ვერც აღწერს იმ ზუსტ ურთიერთქმედებას, რომელიც საჭიროა ცილის მოლეკულის წარმოქმნისთვის, რადგან ცილას ესაჭიროება ინფორმაცია დნმ-ს მოლეკულებიდან, დნმ-ს კი სჭირდება რნმ-ს რამდენიმე სახის განსაკუთრებული მოლეკულა. შეუძლებელია უგულებელვყოთ სხვადასხვა სახის ფერმენტები, რომელთაგანაც თითოეული განსხვავებულ და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. ჩვენი ცნობიერებისგან დამოუკიდებლად დღეში მრავალ მილიარდჯერ ხდება ჩვენს სხეულში ახალი უჯრედების წარმოქმნა და ამისთვისაც საჭიროა სამივე კომპონენტი — დნმ, რნმ და ცილა. გასაგებია, თუ რატომ შენიშნავს შემდეგს ჟურნალი „ნიუ საიენტისტი“: „ამ სამს ერთიც რომ მოაცილოთ, სიცოცხლე შეწყდება“. ან მოდით განვავრცოთ ეს აზრი: ამ სრული და შრომისუნარიანი „ბრიგადის“ გარეშე სიცოცხლე ვერ წარმოიშობოდა.
ნუთუ გონივრულია იმის თქმა, რომ ამ „მოლეკულური ბრიგადის“ სამივე წევრი თავისით წარმოიშვა ერთდროულად, ერთსა და იმავე ადგილას და იმდენად ზუსტად იყო სამივე დარეგულირებული, რომ გაერთიანდნენ და დაიწყეს საოცარი საქმიანობა?
მაგრამ არსებობს სიცოცხლის წარმოშობის სხვაგვარი ახსნაც. მრავალმა იწამა, რომ სიცოცხლე უმაღლესი ინტელექტის მქონე კონსტრუქტორის გულმოდგინე შრომის ნაყოფია.