б - пространственная модель, показывающая ван-дер-ваальсовы радиусы всех атомов; в - скелетная проволочная модель, составленная из отрезков, соединяющих все атомы а-углерода вдоль полипептидного скелета; г - ленточная модель, которая представляет все участки регулярных водородных связей либо в виде спиралей (а-спирали), либо в виде набора стрелок (в-слои), указывающих на карбоксил-терминальный конец цепи; в этой модели также показаны водородные связи; д - "сосисочная" модель, которая демонстрирует расположение полипептидной цепи без всяких деталей

23

атомов разных веществ образует определенные типы кристаллической решетки и форму кристаллов, цвет, твердость, спайность и другие свойства. В органической материи роль кристаллов играют конформации полимерных цепей. Именно их индивидуальная форма свертывания определяет важнейшие свойства органических молекул.

Главнейшим механизмом, способствующим сворачиванию белковых молекул и созданию их конфор-маций, является различная способность отдельных участков тех или иных аминокислот, из которых состоит белок, смачиваться водой. Участки длинной цепи, не смачиваемые водой, стремятся собраться внутри белковой конформации, что позволяет им избежать контакта с водным окружением, подобно тому, как собираются вместе капельки масла в воде (рис. 13). В то же время смачиваемые участки, наоборот, стремятся расположиться на поверхности молекул белка, где могут контактировать с водой. В результате на поверхности молекулы оказываются полярные группы аминокислот создающие полярные (водородные) и ионные связи с другими молекулами при контакте с ними.

При обработке опреде-

ленными химическими реагентами белок можно развернуть, т.е. денатурировать; при прекращении действия денатурирующего реагента он обычно самопроизвольно возвращается к исходной конформации. Это говорит о том, что вся не-

24

обходимая информация для определения формы белка содержится в самой последовательности аминокислот.

Органические молекулы, в отличие от неорганических, обладают и другими удивительными свойствами. Молекулы ДНК и РНК обладают способностью создавать копии себе подобных полимерных молекул. Это связано со способностью органических полимеров нуклеотидов служить матрицей для синтеза второго полимера, составленного из другого типа нуклеотидов. Подобные матричные свойства основаны на специфическом, так называемом комплементарном связывании поли-нуклеотидов друг с другом. Например, полимер Poly U способствует образованию Poly A, встраивая вдоль своей цепи необходимые субъединицы (рис. 14).

Рис. 14. Нуклеотиды способны связываться друг с другом (причем О предпочтительно связывается с С, а А - с и) при помощи сравнительно слабых химических связей (слева). Такое связывание позволяет одному полинуклео-тиду служить матрицей для синтеза другого (справа)

Спаривание комплементарных нуклеотидов сыграло решающую роль в возникновении жизни на Земле. Это можно рассмотреть на простейшем примере полинуклеотида, подобного РНК и содержащего урацил (И), аденин (А), цитозин (С) и гуанин (О). Благодаря комплементарному спариванию оснований -А с И и О с С - при добавлении РНК к смеси активированных нуклеотидов в условиях, благоприятствующих полимеризации, синтезируется новая молекула РНК, последовательность нуклеотидов которой комплементарна последовательности нук-леотидов в исходной РНК. Таким образом, новые молекулы представляют собой как бы слепок исходной молекулы, каждому А которой соответствует И в копии и т.д. (рис. 15). На первой стадии информация, содержащаяся в последовательности исходной цепи РНК, сохраняется в новообразованных комплементарных цепях. На второй стадии копирование с использованием комплементарной цепи в качестве матрицы восстанавливает исходную последовательность.