ой, будет использоваться всей «диспергированной» системой и, таким образом, не будет специально благоприятствовать воспроизведению мутанта, если только она не возникла внутри отдельного «отсека». В последнем случае мутация будет благоприятствовать только одной этой системе, которая- после обособления будет успешно конкурировать со своими предшественниками. То же самое справедливо для неблагоприятных мутаций, которые, если они, возникают в отдельном «отсеке», будут оказывать действие (или даже разрушать) только на этот «отсек» и, таким образом, исчезнут, тогда как в противном случае они могли бы засорить всю систему.

Подходящими «отсеками» могли бы быть коацерваты, впервые описанные А. И. Опариным [101], или микросферы, состоящие из липидов, или протеиноиды (имеющие в основном гидрофобные боковые цепи); последние, как была показано С. Фоксом [102] и другими, могут спонтанно образовываться в условиях, которые могли способствовать конденсации аминокислот и которые, вероятно, существовали на примитивной Земле.

Липидные микросферы встречаются очень часто, как было показано различными авторами. Их можно воспроизводимо получить и использовать в лабораторных экспериментах [103—106].

§ VI. 3. О возникновении кода

Возможность существования гиперцикла, рассмотренного в § VI. 1 и VI. 2, зависит, очевидно, от наличия кода и аппарата трансляции. Такой код потребовался бы для любой модели, которая использует соответствие между инструктирующей способностью, присущей нуклеиновым кислотам, и функциональным потенциалом трехмерных белковых структур. Проблема возникновения уникального кода (существование которого является фактом) носит, таким образом, более общий характер, нежели вопрос о существовании какой-либо конкретной модели для самоподдерживающегося каталитического гиперцикла.

Не содержит ли современная таблица генетического кода (табл. 2) какого-либо намека на свое происхождение? Эта проблема тщательно анализировалась рядом авторов, и в частности в монографии А. Вёзе [107]. Можно напомнить следующие важные факты:

1. Все, что нам сегодня известно, указывает на универсальность кода.

2. Маловероятно, что современный триплетный код развился из предшествующего дублетного или синглет-ного кода [108]. Как указал Ф. Крик [108], изменение величины кодона повлекло бы за собой полную потерю информации, накопленной к тому времени, если только

при этом расстояние между кодонами в сообщении не оставалось неизменным или же если не существовало простой процедуры перевода информации из старой последовательности кодонов в новую. Это не исключает возможности того, что отдельные единицы в различных положениях кодон а могут иметь разный вес в смысле своего информационного содержания.

Кодон (3. Гипотеза виляний, предложенная Криком [22], дает объяснение сильной вырожденности кода в отношении третьего положения в кодоне (З'-конец). Она объясняет вырожденность кода вырожденностью в комплементарное™ оснований на б'-конце антикодона и З'-конце ко-дона

?> Г » У

А*

Антикодон (5Г)

что приводит к эквивалентности У и Ц, а также А и Г (или А, У и Ц) в третьем положении кодона.

4. Среднее положение в кодирующем триплете, по-видимому, играет большую роль в определении природы соответствующей аминокислоты (гидрофобная, полярная или заряженная). Эта закономерность, возможно, имеет значение для возникновения кода, основанного на каких-то специфических взаимодействиях между нуклеотидами и аминокислотами [109].

5. Код, по-видимому, отражает принцип оптимизации, как указал И. Рехенберг, который провел формализованное исследование этого вопроса [ПО]. Для большинства кодонов изменение одной из трех букв приводит к минимальному изменению природы аминокислот; таким образом, это тоже может отражать упомянутую закономерность в отношении среднего положения. Аминокислоты снова были разделены на четыре класса: гидрофобные, полярные, положительно заряженные и отрицательно заряженные. Сюда можно добавить функциональные корреляции, например кислотные или основные функции боковых цепей аминокислот, а также структурные соответствия, например сходство Фен-Тир и т. д. Любой принцип оптимизации имел бы особое значение для случайного возникновения кода (см. ниже) и оказывал бы влияние на выбор вариантов в процессе нуклеации. Он привел бы также к тому, что информационное содержание последовательности оснований стало бы до некоторой степени инвариантным (если говорить о классах аминокислот) по отношению к перекрывающемуся считыванию кода (в эпоху плохо адаптированных ферментов перекрывания, вероятно, случались довольно часто).

6. Восемь кодонов, состоящих из А и У, дают гораздо большее разнообразие функций, чем восемь триплетов из Г и Ц (табл. 2). Ф. Липман [111] впервые обратил внимание на этот факт и на его возможную связь с простым механизмом возникновения кода. В пользу этой точки зрения имеются следующие аргументы:

а) вероятно, очень большая распространенность А

по сравнению с У, Ц и Г в условиях примитивной Земли,

что приводит к большей распространенности АУ-пар по

сравнению с ГЦ-парами;

б) большая стабильность ГЦ-пар по сравнению

с АУ-парами, что позволяет впоследствии ГЦ замещать

АУ, если это дает селективное преимущество;

в) недавно найденное [112] относительно высокое содержание АУ-пар в рибосомной РНК митохондрий и

хлоропластов, которая, возможно, не подвергалась сильному давлению отбора (в соответствии с гипотезой, что

обе Эти клеточные органеллы представляют собой прокариотические включения в клетках эукариотов);

г) и, наконец, прагматический аргумент; с точки зрения статистики, нуклеация любого кода происходит легче

всего в том случае, когда число различных классов единиц сведено к минимуму.

Как могла возникнуть определенное соответствие между аминокислотами и кодонами или антикодонами?

Без сомнения, простейшее объяснение состояло бы в том, что между этими двумя системами единиц существует специфичное взаимодействие. Было предложено множество моделей такого взаимодействия [113]: отдельный кодон — аминокислота; аминокислота, входящая в щель между двумя спаренными триплетами кодон — антикодон; аминокислота, которая опознается большой сложно свернутой адапторной молекулой — предшественником тРНК [38, 39]; предполагали также, что такие предшественники аминоацил-тРНК имели повышенную стабильность (Л. Оргел, личное сообщение). Ценность любой такой модели зависит исключительно от наличия подтверждающих ее экспериментальных данных, а они до сих пор очень скудны.

Очевидно, можно значительно повысить специфичность узнавания аминокислот нуклеотидами, если не ограничиваться взаимодействием отдельных единиц, т. е. аминокислотой и кодоном или антикодоном. Одной из причин того, почему тРНК является сравнительно большой молекулой, может быть либо необходимость достаточно характерной третичной структуры, обеспечивающей узнавание ее каким-то ферментом, либо то, что сама протяженная структура обладает способностью к узнаванию, как это свойственно молекуле фермента. Обе эти возможности будут обсуждаться в связи со «случайными» моделями. Остается еще одна трудность: как предотвратить случайное соответствие, потому что все перестановки в области антикодона могут, по-видимому, произойти без изменения адапторной структуры.

Бессмысленно развивать модель, основанную лишь на гипотетическом, до сих пор экспериментально не установленном взаимодействии. Во всяком случае, для однозначно определенного начала потребовались бы очень специфичные взаимодействия (q, близкое к единице), но очень сомнительно, существуют ли вообще достаточно сильные взаимодействия, обеспечивающие прямое соответствие между антикодонами и аминокислотами Таким образом, встает законный вопрос:

1 Имеется еще другое соображение: если бы существовало такое изначальное взаимодействие между аминокислотами и кодонами, то можно было бы предположить, что ферменты эволюционируют, используя это взаимодействие, но это привело бы к возможности обратного считывания от белка к нуклеиновой кислоте (что

Если специфические взаимодействия отсутствуют, то не могло ли однозначное кодовое соответствие появиться из случайных комбинаций аминокислот с антикодонами?

Любое специфическое взаимодействие между кодо-ном (или между любой неразрывно связанной с кодоном структурой) и аминокислотой — когда бы оно ни существовало— может повысить вероятность в остальном ненаправленного начала трансляции, Нас опять-таки интересует не столько конкретная (спекулятивная) модель, сколько оценка вероятностей для случайного возникновения (или нуклеации) возможных предшественников ныне известной адапторной системы узнавания. Другими словами, мы хотим знать, насколько сложной должна быть система, чтобы в ней с ненулевой вероятностью могла возникнуть однозначная трансляция, предполагая, что никакое специфическое взаимодействие не влияет на выбор кодового соответствия.

Предположим, что имеются только такие взаимодействия, существование которых экспериментально обосновано. Например, мы знаем, что способностью к очень специфичному узнаванию тРНК или подобных ей структур обладают трехмерные белковые структуры. Мы знаем также, что аминокислоты могут быть активированы (например, при помощи АТФ) и присоединены к нуклеотидной последовательности, но мы не знаем никакого специфического и изначального взаимодействия между аминокислотами и антикодонами, которое удовлетворительно реализовалось бы без помощи ферментов.

Простейшая модель «случайного» начала трансляции основывается на существенно равных априорных вероятностях различных соответствий между аминокислотами и кодонами или антикодонами. Таким образом, любая из аминокислот а, Ь, с ... может a priori связаться с любым из адапторов Л, В, С ..., так что соответствие а — А,

противоречит «центральной догме» молекулярной биологии). Хотя есть ферменты, допускающие обращение транскрипции (РНК-»-ДНК), нет никаких данных (и их даже трудно представить), что такое обращение считывания может иметь место для трансляции, хотя, если бы такой механи