Лекция 4. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

(курс лекций "Общая биология", читавшийся О.Э. Костериным на первом курсе психологичесого факультета НГУ в 2006-2011 гг.)

Мир нуклеиновых кислот довольно противоречив. С одной стороны, структура ДНК являет нам апофеоз красоты и логики, так что один из многих (подчеркнем это) первооткрывателей этой структуры Френсис Крик воскликнул: «Это слишком красиво, чтобы не быть правдой». По этой самой причине опубликование даже одной только неподтвержденной модели вызвало катарсис у всех без исключения биохимиков и в общем-то биологов, после чего молекулярная биология стала развиваться лавинообразно, причем этот взрыв еще не закончился. С другой стороны, в клетках, похоже, существует некая «теневая экономика» коротких молекул РНК, до недавнего времени ускользавших от внимания ученых. Роль их, судя по всему, огромна, но об этом стали догадываться только сейчас. И наконец, РНК выступает там и здесь в разных и неожиданных ролях, что позволяет ученым заподозрить, что мы имеем дело с остатками былого величия, в основном вытесненного простой и могучей белковой химией. Принцип работы нуклеиновых кислот как носителей информации очень хорошо ложится на ум, особенно после изобретения магнитофонов и компьютеров (но больше – первого), само же их строение выглядит несколько, скажем так, вычурным. Тем не менее, именно с этих молекул началась жизнь в том смысле, в котором мы определили ее на первой лекции.

Нуклеиновые кислоты построены из трех элементов, имеющих довольно мало общего между собой: гетероциклические азотистые основания; пятичленный сахар рибоза или дезоксирибоза; фосфорная кислота. Кислотами они являются из-за остатков фосфорной кислоты.

Рассмотрим сначала азотистые основания. Они представляют собой молекулы, включающие циклы с чередующимися двойными связями, образованные атомами углерода и азота. Азотистые основания делятся на два типа:

1) производные пурина – вещества, состоящие из двух сконденсированных (смежных) циклов – шести- и пятичленного, для простоты их иногда называют «пурины». Пурин родствен таким веществам, как никотиновая кислота (ее производные чрезвычайно важны в энергетике клетки), кофеин и мочевая кислота (продукт азотистого обмена, выделяемый за пределы организма птицами, насекомыми и прочими организмами, которые экономят воду на выделении);

2) производные пиримидина – одинарного шестичленного цикла.

В живых системах встречается два пурина – аденин и гуанин, и три пиримидина – цитозин, тимин и урацил.

В нуклеиновых кислотах азотистые основания через определенный в каждом случае атом азота соединены с первым атомом углерода циклической пентозы – рибозы (в РНК) или дезоксирибозоы (в ДНК). Пентоза, в свою очередь, своим пятым (находящимся вне цикла) атомом углерода соединена с остатком фосфорной кислоты сложноэфирной связью. Так образуется нуклеотид – молекула, состоящая из азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеотиды – это и есть мономеры полимерных нуклеиновых кислот. Однако сначала следует упомянуть, что некоторые мономерные и димерные нуклеотиды являются одними из самых важных биологических молекул, вовлеченных в энергетическую систему клетки. И пожалуй, самым важным веществом здесь является аденозинтрифосфат – АТФ.

Связи остатков фосфорной кислоты друг с другом содержат в себе много энергии (и называются макроэргическими связями) и легко отдают ее при расщеплении. Чаще всего отщепляется монофосфат (тогда остается аденозиндифосфат, АДФ), иногда – дифосфат (и остается аденозинмонофосфат, АМФ). АТФ является универсальным энергоносителем для всех биологических процессов, которые идут с затратой энергии (иногда используется гуанозинтрифосфат (ГТФ), а синтез ДНК и РНК идет за счет трифосфатов всех соответствующих нуклеотидов). Причем правильнее сравнить АТФ даже не с универсальным энергоносителем, а с универсальной валютой, поскольку расходуется она счетно:  как правило, одна молекула АТФ на любое химическое превращение одной молекулы чего угодно, требующее затраты энергии.

В процессах производства АТФ в энергетических системах клеток используются динуклеотиды, включающие несколько другие азотистые основания.

Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), в котором одна фосфатная группа связана с двумя атомами углерода рибозы, является почти универсальным внутриклеточным сигналом, регулирующим метаболизм.

Таким образом, роль этих странныз веществ - нуклеотидов весьма важна и разнообразна.

Перейдем к полимерным нуклеиновым кислотам. К ним относятся дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), их мономерами являются нуклеотиды. В ДНК входят нуклеотиды с дезоксирибозой, в РНК – с рибозой. Второе отличие – в составе азотистых оснований. В состав ДНК входит аденин, тимн, гуанин и цитозин; в состав РНК также входят четыре азотистых основания, но место тимина занимает урацил. Иначе говоря, различия касаются всего лишь наличия / отсутствия одной гидроксильной группы у сахара и метильной группы у одного из азотистых оснований.

Полимеры ДНК и РНК образуются за счет того, что одна из двух оставшихся кислотных групп остатка фосфорной кислоты у нуклеотида присоединяется к третьему атому углерода пентозы, а также через сложноэфирную связь, образуемую гидроксильной группой, которую этот атом несет как у рибозы, так и у дезоксирибозы. Получается цепочка следующего строения.

 

то же самое:

С ее полимерной частью все понятно. Разберемся, чем она кончается. На одном конце ее находится свободная фосфатная группа при пятом атоме пентозы, на другом – пентоза со свободным третьим атомом. При описании нуклеиновых кислот атомы углерода в азотистых основаниях принято нумеровать цифрами, а в пентозе – цифрами со штрихом. Так что в данном случае принято говорить о 5’- и 3’-концах молекулы, причем первый считается началом цепочки ДНК или РНК, а второй – концом.

Теперь нам необходимо ознакомиться со способностью азотистых оснований образовывать водородные связи друг с другом. Их конфигурация такова, что аденин может образовывать две водородные связи с тимином или урацилом, а гуанин – три водородные связи с цитозином, тогда как в прочих сочетаниях образование водородных связей не происходит в силу стерических (т. е. геометрических) причин. Иначе говоря, в указанных парах пурин – пиримидин и только в них основания подходят друг к другу – принято говорить, что они комплементарны.

или вот

 

 

Незадолго до открытия структуры ДНК американский ученый Эрвин Чаргаф обнаружил, что количество аденина в ДНК всегда равно количеству тимина, а количество гуанина – количеству цитозина и что общее количество пуринов всегда равно количеству пиримидинов. Сочетание этих правил Чаргафа с данными рентгеноструктурного анализа англичан Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин, которые указывали на наличие спиральной структуры, и привело к созданию Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком (они пользовались исключительно чужими данными и собственными объемными моделями простых молекул) знаменитой модели двойной спирали. Эта модель давно уже стала общеизвестной и примелькалась. Покажу и я вам сразу несколько ее вариантов:.

 

Как видите, все они на глаз выглядят очень непохоже. Наверное, ближе к истине самая ажурная, но и там авторы не обошлись без попсы - вдоль цепей дезоксирибоза-фосфат поместили две розовые ленточки. Я потому и показываю много моделей, чтобы был ясен принцип устройства и стало очевидно, что конкретное его символическое изображение не имеет никакого значения. К тому же мы имеем дело с вещами, размер которых в сотни раз меньше длины волны света (диаметр двойной спирали – 2 нм, длина волны света – сотни нанометров), так что увидеть их принципиально невозможно при любом уровне оптической техники. ДНК можно увидеть только в электронном микроскопе, где вместо световых волн используется поток электронов, ведущих себя как волны с гораздо меньшей длиной. И максимум, что можно увидеть таким образом - это вот такая бесструктурная ниточка (это фотография бактериальной плазмиды - короткой кольцевой ДНК):

 

Отметим один общий недостаток большинства этих моделей, кроме самой красивой - на всех на них азотистые основания показаны направленными прямо друг к другу, а полипентозные цепи - расположенными строго напротив друг друга. На самом деле, если мы вернемся к картинке с одними спаренными азотистыми основаниями, то увидим, что связи на сахар направлены под углом друг к другу, т. е. две полисахаридные цепи несколько сближены с одной стороны и разобщены с другой. Углубления по обе стороны от них, на дне которых находятся азотистые основания, называются соответственно большой и малой бороздкой ДНК. Если бы нуклеотиды располагались строго напротив друг друга, бороздки бы были одинаковы. (Эти бороздки очень важны – именно там некие специальные белки нащупывают информацию о том, с какого места нужно начинать свою работу по удвоению или расшифровке молекулы ДНК.)

Еще одно важное свойство, которое, возможно, ускользнуло от внимания при рассматривании картинок – антипараллельность: две цепи ДНК в двойной спирали направлены навстречу друг другу. Если молекулу ДНК обрезать, то на одном и том же конце двойной спирали одна цепочка закончится 3’-концом, а другая – 5’-концом.

Д. Уотсон и Ф. Крик опубликовали свою модель на двух страницах в журнале Nature отказались ее обсуждать, написав, что важнейшие следствия из нее самоочевидны. Вот и вы попробуйте ответить, какие интересные и важные следствия можно сделать из структуры этой молекулы. Можно привлекать знания, полученные вами из «обыденной жизни», СМИ, уроков биологии, наконец.

1. Главное, что структура одной цепи может быть полностью и однозначно восстановлена по другой, за счет того, что цепи однозначно комплементарны. Процесс схематически изображен на следующей картинке (только помните, что это лишь иллюстрация принципа - в реальности все сложнее):

 

2. В каждой цепи мы имеем чередование тех же самых четырех нуклеотидов, причем на то, какой именно нуклеотид будет находиться в каждом конкретном месте, соседние нуклеотиды никак не влияют, т. е. стерических ограничений на соседство тех или других нуклеотидов не существует (это можно выяснить, имея дело с детальными объемными моделями, как у Д. Уотсона и Ф. Крика). Точно так же соседние буквы на бумаге сами по себе (без участия того, кто их пишет или читает) не влияют друг на друга. По сути, мы имеем очень длинную строчку, в которой в некоем порядке чередуются буквы четырехбуквенного алфавита. (Как говорится, ДНК – это всего лишь одно очень длинное четырехбуквенное слово – just one very long four-letter word.) Через ДНК можно передать очень много информации. В нашем алфавите 33 буквы, в английском – 28, компьютер пользуется двухбуквенным алфавитом (вся информация, с которой он работает, записана в последовательности нулей и единиц, или, если хотите, плюсов и минусов; в реальности – это направление намагниченности магнитного носителя, наличие/отсутствие заряда на кристаллах кремния или наличие/отсутствие дырки на оптическом носителе), и при этом способен воспроизвести любое сообщение на русском и английском. Другими словами, для передачи любого сообщения достаточно двух букв. Чем больше букв в алфавите, тем короче будет длина сообщения фиксированного содержания, но тем больше времени нужно на обучение, тем более тонкие программы нужны для распознавания. Жизнь остановилась на четырех буквах – большее их количество, видимо, потребовало бы гораздо более сложных молекул и соответственно более громоздкого носителя. Сейчас мы увидим, какая именно информация в ДНК записана и как она реализуется.

Длина строчки впечатляет. Вы, наверное, знаете, что ДНК находится в хромосомах. Каждая хромосома представлена одной линейной молекулой ДНК. В самой большой хромосоме человека находится 2,5 млн нуклеотидов, а сама молекула достигает в длину около 10 см. Поскольку размер клеток много меньше миллиметра, она должна быть очень сложным образом упакована, так чтобы компактность сочеталась с работоспособностью.

Чтобы выяснить, как именно информация ДНК хранится и считывается, рассмотрим три важнейших процесса с участием нуклеиновых кислот: репликация, транскрипция и трансляция. Этимологически это будет значить: копирование, переписывание и перевод. Не совсем понятно, что такое переписывание – в нашем случае это будет перевод на другой диалект того же языка. Все эти процессы являются вариантами матричного биосинтеза – синтеза сложных нерегулярных полимеров по некоей матрице.

Репликация – копирование одной цепи ДНК по другой. В общем это происходит так: двойная спираль расплетается (в данном случае это тоже называется денатурацией) и каждая цепочка служит матрицей, по которой строится вторая, комплементарная цепочка двойной спирали. Таким образом, получается две двуцепочечных ДНК, у каждой из которых одна цепочка – старая, унаследованная от исходной молекулы, вторая – новая, построенная по ее образцу. Такой способ репликации называется полуконсервативным. (Консервативной называлась бы репликация, когда строилась бы целиком новая вторая молекула, при том, что старая сохранялась бы. Но ДНК так не поступает.)

Как и все в живых организмах, репликация осуществляется при помощи специальных ферментов. Один фермент расплетает ДНК, другой – ДНК-полимераза – строит вторую цепь. Он умеет строить ее только в одном направлении – 5’ – 3’. Поэтому только одна новая цепь строится непрерывно. Другая строится в виде коротких фрагментов, нарастающих в направлении, противоположном общему направлению репликации, которые потом сшиваются другим специальным ферментом.

Начинается репликация также в строго определенных местах (которых существует много в хромосомах высших организмов, но всего одно – у бактерий), называемых origin.

Чтобы продемонстрировать хотя бы в малой степени реальную сложность предмета, отметим, что на самом деле все еще сложнее – ДНК-полимераза может строить новую цепь, только отталкиваясь от короткого фрагмента РНК (затравки), комплементарной ДНК. Эти затравки строит фермент РНК-полимераза, которая умеет строить цепочку без затравки:

Кроме того, на обеих цепях новая цепочка строится одной и той же димерной молекулой ДНК-полимеразы, для чего ДНК изгибается в петлю:

Здесь мы впервые столкнулись, между прочим, со случаем технически неоправданной сложности молекулярно-биологических процессов. Раз можно сделать фермент, который строит без затравки вторую цепь РНК, наверняка можно было бы сделать и фермент, который может без нее строить вторую цепь ДНК. Но машина получилась такой, какая она есть, и раз она эффективно работает, необходимости замены ее на «более логичную» не возникло.

Мы рассмотрели, как ДНК удваивается. На удвоении ДНК основана передача наследственной информации – при делении клетки каждая из двух дочерних клеток получает идентичную копию ДНК (хотя бывают и ошибки копирования), а развитие и размножение организмов целиком основано на делении клеток. Обо всем этом мы будем говорить позже. Теперь же нам предстоит рассмотреть два молекулярных механизма – транскрипцию и трансляцию, при помощи которых эта информация «работает», т. е. реализуется в жизни клетки и организма. Не будет преувеличением сказать, что она реализуется через белки. ДНК прежде всего – инструкция по производству белков. А белки, как мы видели на прошлой лекции, уже делают в организме все остальное. Построить организм – это значит произвести его белки, только в нужном месте, в нужное время и в нужном количестве. Именно ДНК хранит информацию о структуре белков и о том, когда, где и сколько их будет синтезироваться.

В процессе построения белков по матрице ДНК огромную роль играет промежуточный посредник – РНК. Первая стадия этого процесса – всегда построение молекулы РНК по молекуле ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Однако молекула РНК может служить и самоцелью транскрипции, т. е. иметь определенную рабочую функцию (вплоть до ферментативной) и использоваться как таковая. В современном биологическом мире это довольно редкий случай. В то же время предполагается, что на заре становления жизни именно РНК, а не белки, обладали непосредственными биохимическими функциями, в том числе биокаталитическими.

Транскрипция, как и репликация, включает денатурацию – расплетание двойной цепочки ДНК и построение по одной из цепочек комплементарной цепочки РНК. Транскрипция идет в том же направлении, что и репликация – от 5’ к 3’. Все это делает сложный фермент РНК-полимераза. При этом синтезируемая цепочка РНК почти сразу же по мере своего построения сходит с ДНК, обе цепочки которой снова образуют двойную спираль – ренатурируют.

Вот несколько изящнее нарисованная (но на этой картинке денатурированный участок ДНК показан слишком протяженным, в реальности это буквально несколько нуклеотидов):

Процесс отличается от репликации, во-первых, тем, что напротив аденина ставится не тимин, а урацил. (Если говорить в терминах нуклеотидов, а не азотистых оснований, то напротив дезоксиаденозина ставится уридин). Иначе говоря, информация переводится с диалекта ДНК на диалект РНК. Во-вторых, тем, что формируется не две двойные спирали, а одноцепочечная РНК.

РНК считывается не со всей молекулы ДНК, а с какой-то ее небольшой части. И главная проблема транскрипции – это места на ДНК, с которых ее следует начать и на котором закончить, чтобы считать только тот участок ДНК, где записана нужная в данный момент информация. Они называются промотор и терминатор. Как и все на ДНК, эти места (принято говорить по-английски – сайты) определяются определенной последовательностью нуклеотидов. Кроме определенности эти последовательности часто отличаются преобладанием одних нуклеотидов над другими. Как правило, в промоторе преобладают нуклеотиды А и Т – они образуют по две водородные связи, и это облегчает расплетание двойной цепочки и доступ РНК-полимеразы. В терминаторе, как правило, больше нуклеотидов Г и Ц, которые образуют по три водородные связи и соответственно затрудняют продвижение РНК-полимеразы, связанное с расплетанием цепочки. В простейшем случае, который бывает реализован у бактерий, фермент РНК-полимераза умеет опознавать промотор по определенной конфигурации азотистых оснований. Она их буквально нащупывает в бороздке ДНК и с этого места начинает синтез РНК. Достигнув же терминатора, она сходит с ДНК и прекращает свою работу. У высших организмов в инициации транскрипции принимает участие множество специальных белков, которые распознают различные сайты, связываются с ними и тонко регулируют интенсивность транскрипции.

Молекула РНК, считанная с участка ДНК между промотором и терминатором, называется матричной РНК, или мРНК. (Однако если конечным продуктом является сама РНК, она называется в соответствии со своим типом, а не "матричной".) В последовательности ее нуклеотидов содержится информация о последовательности аминокислотных остатков в белке – принято говорить, что она кодирует этот белок. Отрезок ДНК, с которого считывается одна мРНК, принято называть цистроном. Однако часто (если одна мРНК не кодирует несколько разных белков) его называют просто геном.

Таким образом, мы здесь впервые встречаемся с этим довольно архаичным термином, который был введен тогда, когда о том, что это такое, были еще весьма смутные представления. Потом понятие гена несколько раз уточнялось до тех пор, пока фактически стало ненужным. Тем не менее, оно осталось, причем в достаточно нестрогом употреблении. В настоящее время всякий раз, когда следует изъясняться точно, слово ген не используется. Но от него никуда не денешься в нестрогом обсуждении, даже вполне научном.

Процесс перевода с языка нуклеотидов на язык аминокислот называется трансляцией и происходит в рибосомах.

Рибосома – сложный молекулярный агрегат, состоящий из нескольких десятков специальных белков и нескольких специальных РНК. Если фермент можно назвать биохимическим станком, то рибосома – это целый конвейер станков, и мы сейчас это увидим. Рибосома состоит из двух частей (так называемых субъединиц), поэтому на рисунках ее зачастую изображают в виде молодого белого гриба. Перед началом трансляции матричная РНК должна встретиться с рибосомой. У бактерий это не составляет труда, так как рибосомы находятся поблизости от ДНК, с которой считывается мРНК.

У организмов, имеющих клеточное ядро, ДНК находится внутри ядра, а рибосомы – вне его. Чтобы быть доставленной к рибосомам, мРНК одевается опять-таки особыми белками и специальными короткими РНК (sРНК), да еще и переодевается потом в другие белки при выходе из ядра (все равно как если бы она выходила на улицу). Комплексы мРНК с этими белками и sРНК (РНП-частицы) даже получили специальное название – информосомы.

Матричная РНК связывается с рибосомой, оказываясь между большой и малой субъединицей. Она протягивается сквозь рибосому как магнитофонная лента сквозь воспринимающую головку, при этом в рибосоме синтезируется полипептидная цепь. Механизм ее синтеза очень непрост и в нем явно угадываются следы некоего совсем другого устройства первичной жизни, в котором РНК играла гораздо большую роль, чем белки.

Между матричной РНК и синтезируемым белком существуют посредники – транспортные РНК, или тРНК. Они называются так потому, что транспортируют аминокислоты в рибосомы. Это довольно короткие молекулы РНК, включающие одноцепочечные участки и участки, комплементарные друг другу, которые сворачиваются в отрезки двойной спирали, образуемые той же самой цепочкой.

Таких отрезков четыре; в том, что получается в результате, усмотрели аналогию с клеверным листом и примерно так тРНК и изображают. Пространственную конфигурацию тРНК, как и у белков, называют ее третичной структурой. Третичная структура тРНК несколько различается в зависимости от того, для какой аминокислоты она предназначена.

На вершине среднего листочка есть три нуклеотида, называемые антикодоном (объяснение такому названию дано далее). На конце же тРНК есть участок, к которому опять-таки специальные ферменты под названием аминоацил-тРНК-синтетазы прикрепляют аминокислоту. Эти ферменты таковы, что прикрепляют строго определенную аминокислоту к строго определенным тРНК, характеризующимися определенными третичной структурой и последовательностью нуклеотидов в антикодоне. Имеется 20 разных аминоацил-тРНК-синтетаз – по одной на каждую аминокислоту. Они распознают подходящую тРНК по ее третичной структуре. Данный процесс называется рекогниция – слово переводится как распознавание, поскольку аминоацил-тРНК-синтетаза  должны распознать «свои» тРНК и аминокислоты.

Молекулы тРНК с аминокислотой на хвосте подходят к определенному месту рибосомы, на котором помещается также отрезок мРНК длиной в три нуклеотида. Та молекула тРНК, антикодон которой оказывается комплементарным этим трем нуклеотидам, связывается с ними посредством комплементарного спаривания. При этом три соседних нуклеотида на молекуле мРНК уже связаны с предыдущей тРНК. Определенный фермент в составе рибосомы, находяшийся напротив аминокислот, связанных с этими двумя тРНК, катализирует реакцию конденсации с образованием пептидной связи между этими аминокислотами. После ее образования та молекула тРНК, которая пришла раньше и находилась по соседству, освобождается от аминокислоты и отсоединяется от тРНК, а молекула мРНК вместе со связанной с ней тРНК, пришедшая позже, смещается на три нуклеотида относительно рибосомы, так что тРНК занимает место предыдущей. После чего процесс повторяется. Заметим, что, если он идет некоторое время, тРНК, находящаяся «по соседству», оказывается связанной не с одной аминокислотой, а с нарастающей полипептидной цепочкой, а ее конец представлен той аминокислотой, с которой она была связана изначально. Эта цепочка (а не одна аминокислота) и переносится на каждую «новую» аминокислоту.

Трансляция начинается с 5’-конца мРНК, и всегда не с самого начала мРНК, а с комбинации нуклеотидов АУГ (аденозин-уридизин-гуанозин) – либо самого первого (у высших организмов), либо идущего после определенной последовательности (у бактерий). Этой комбинации соответствует антикодон метиониновой тРНК. Поэтому у высших организмов первой аминокислотой в синтезирующейся цепи любого белка будет метионин. А у бактерий в начале цепи стоит даже не метионин, а его модификация с присоединенным остатком муравьиной кислоты – формилметионин. С окончанием трансляции все просто – она идет до такой комбинации из трех нуклеотидров, которой не соответствует никакая тРНК, а таковых существует три штуки. Впрочем, их опознают специальные белки – факторы терминации трансляции.

Итак, мы увидели принципиальную схему технологии производства белка. На что мы можем обратить внимание?

Во-первых, путь от ДНК к белку идет через двух посредников в виде двух типов молекул РНК – матричной и транспортной РНК (даже трех – принимают участие еще sРНК). Синтез белка идет в сложном цехе, в структуру которого входит еще несколько молекул РНК. Все это опять-таки подчеркивает глубинную и изначальную важность РНК в работе биологического механизма.

Во-вторых, белки с определенной последовательностью аминокислот строятся в соответствии с сообщением, записанном в определенной последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Скажите, какая именно часть этого сложного механизма осуществляет перевод с языка нуклеотидов на язык аминокислот? Та, которая обычно остается за кадром всех графических схем – аминоацил-тРНК-синтетазы. Именно эти ферменты «знают», к какой тРНК присоединить какую аминокислоту, и делают это.

В-третьих, существует определенная система этого самого перевода – как именно последовательность аминокислотных остатков в белках записывается в последовательности нуклеотидов нуклеиновых кислот. Эта система и обозначается знаменитым словосочетанием генетический код. Фактически мы познакомились с ним выше, когда рассматривали, как тРНК, несущие аминокислоту, подбираются по принципу комплементарности своего состоящего из трех нуклеотидов антикодона участку мРНК длиной также в три нуклеотида.

Как мы помним, нам нужно закодировать информацию о 20 аминокислотах. Иными словами, алфавит белков – двадцатибуквенный. Причем хорошо было бы еще иметь специальные знаки препинания – сигналы начала и конца пептидной цепочки. (Отметим, что знак препинания для конца цепочки существует, а для начала – нет. В точности как в нашем письменном языке!) А в нуклеиновых кислотах мы имеем всего четыре буквы – А, Т, Г, Ц (или в диалекте РНК – А, У, Г, Ц). Одной буквы явно не хватает, чтобы закодировать 20 аминокислот. Какой здесь можно найти выход? Да, использовать сочетания букв. Возьмем сочетания двух букв. Поскольку у нас важен и порядок букв, таких разных сочетаний будет 4 х 4 = 16. Маловато. А если три буквы: 4 х 4 х 4 = 64? Больше чем достаточно. В принципе, могло бы быть и еще больше, но тогда мы имели бы слишком большую информационную избыточность. Жизнь не пошла по этому нерациональному пути и остановилась на трех буквах. В процессе трансляции именно три нуклеотида характеризуют антикодон тРНК, несущей определенную аминокислоту. Последовательность из трех букв называется триплетом, поэтому генетический код является триплетным.

Каждое сочетание трех смежных нуклеотидов, которое кодирует аминокислоту, носит название кодон. Заметим, что не всякая последовательность нуклеотидов что-то кодирует, т. е. не всякий триплет является кодоном. Как следует из механизма трансляции, если шесть нуклеотидов кодируют две аминокислоты, то три смежных нуклеотида со второго по четвертый или с третьего по пятый не кодируют ничего (это следует из механизма трансляции). Кодонами в нашем случае будут только нуклеотиды с первого по третий и с четвертого по шестой. Таким образом, у генетического кода есть свойства непрерывности и неперекрываемости – в осмысленной последовательности нуклеотидов кодоны идут друг за другом впритык – первые три, следующие три и т. д. Если бы соседние кодоны перекрывались, возможности кода были бы ограниченными.

Каждому кодону соответствует какая-то аминокислота (трем кодонам не соответствует никакая аминокислота – это так называемые стоп-кодоны, на них синтез белка обрывается). Обратное, естественно, неверно – как мы видели, кодонов более чем втрое больше, чем аминокислот. Так что на большинство аминокислот приходится больше, чем один кодон. Это свойство генетического кода называется вырожденностью (в данном случае это математический термин). Кстати, почему бы не предположить, что когда-то биологических аминокислот было больше, чем 20, а потом их число сократилось по принципу минимальной достаточности?

Генетический код обычно приводится в таблицах. По ним, зная кодон, можно найти аминокислоту, которую тот кодирует. На рисунке приведено соответствие аминокислот кодонам. Аминокислоты обозначены по трем первым буквам их названия, за исключением аспарагина (Асн), глутамина (Глн) и изолейцина (Иле), словом «Стоп» обозначены стоп-кодоны – триплеты нуклеотидов, которым не соответствует никакая аминокислота и которые таким образом служат местами прекращения трансляции.

Как вы помните, ДНК представляет собой двойную спираль, причем последовательности двух ее цепей комплементарны, но совсем не идентичны. Если одна из цепей кодирует последовательность аминокислот в каком-то полезном белке, то вторая вряд ли будет кодировать что-то осмысленное и полезное – ее последовательность однозначно определяется комплементарностью к первой. Следовательно, нет никакой свободы выбора ее последовательности и она не может быть приспособлена ни под что полезное. (Исключения бывают, но это уже экзотика!) Так что две важные макромолекулы – цепь ДНК, являющаяся матрицей для синтеза мРНК при транскрипции, и сама мРНК – имеют разные последовательности нуклеотидов, так как они не идентичны, а комплементарны друг другу. Цепь ДНК, по которой строится мРНК, принято называть матричной, а комплементарную ей последовательность, которой соответствует последовательности мРНК, – кодирующей. Разные гены на одной молекуле ДНК могут быть произвольно (параллельно или антипараллельно) ориентированы по отношению друг к другу, поэтому физически одна и та же цепь для разных генов может оказываться то матричной, то кодирующей. Генетический код принято записывать для матричной РНК. Ее последовательность идентична последовательности кодирующей, но не матричной цепи ДНК с той разницей, что вместо буквы Т (тимин) используется У (урацил).

На следующей таблице, наоборот, напротив аминокислот приведены все кодирующие их кодоны.

Основная тенденция генетического кода такова: как правило, аминокислота задается первыми двумя буквами и типом (пурин или пиримидин) азотистого основания третьей буквы (А или Г либо У или Ц). При такой системе мы имели бы 32 значимые комбинации. (Эту гипотетическую систему принято называть идеальным кодом.) Однако это всего лишь тенденция. Мы видим несколько аминокислот, кодируемых единственным кодоном: метионин (АУГ), изолейцин (АУА), триптофан (УГГ) – кодировка этих аминокислот невырождена. Но лейцин и аргинин кодируется целыми шестью кодонами. Имеется три стоп-кодона – УАА, УАГ и УГА.

Эта тенденция, однако, находит отражение в наборе тРНК. Поскольку мы имеем 64 – 3 = 61 кодон, кодирующий ту или иную аминокислоту, мы могли бы ожидать, что существует такое же количество разных тРНК, различающимися антикодонами, комплементарными этим кодонам. Однако на самом деле разных тРНК почти в два раза меньше – 31, т. е. почти столько же, сколько существует комбинаций первый нуклеотид точно – второй нуклеотид точно – третий нуклеотид пурин либо пиримидин. Дело в том, что большая часть тРНК способна связываться своим антикодоном с более чем одним кодоном – как правило, им действительно безразлична конкретная буква в третьей позиции кодона, главное, чтобы соответствовал тип основания – пурин либо пиримидин. Это связано с тем, что в третьей позиции антикодона часто стоят неканонические нуклеотиды, включающие другие азотистые основания, способные к комплементарному спариванию более чем с одним видом оснований.

Ученые пытаются анализировать закономерности распределения кодонов по аминокислотам в попытках реконструировать, как генетический код возникал и эволюционировал, некоторые из этих попыток следует признать довольно успешными.

По радио и телевизору иногда можно слышать сообщения наподобие «ученые такой-то страны расшифровали генетический код гена, ответственного за такую-то болезнь, старение» или что-то в этом роде. Это безграмотное использование слов. Генетический код – это именно система перевода, не более. Исключительно важно то, что он один и тот же для всех организмов. Так как конкретный шифр как будто бы не продиктован никакой биохимической необходимостью, т. е. нет связи между химическими свойствами входящих в кодон нуклеотидов и химическими свойствами соответствующей аминокислоты, этот факт однозначно указывает прежде всего на общность происхождения нашей формы жизни. Забегая вперед, скажем, что в наших с вами клетках имеются так называемые митохондрии – особые внеядерные структуры, у которых есть «своя» ДНК; у митохондрий значение нескольких кодонов различается. Таким образом, генетический код с точностью до небольших различий обладает свойством универсальности для всех живых существ.

Генетический код обладает известной степенью помехоустойчивости. Если подсчитать, сколько замен одного нуклеотида не меняет тип аминокислоты в соответствии с ее химическими свойствами (а такие замены аминокислот слабо сказываются на структуре и функциях белка) и сколько меняет, то отношение первых ко вторым будет близко к 2,25.

Для простоты усвоения довольно больших пластов смысла принято запоминать основные свойства генетического кода в виде набора слов, которые обозначают рассмотренные выше свойства: триплетность, вырожденность, неперекрываемость, непрерывность, универсальность, помехоустойчивость.

У генетического кода есть еще множество менее известных свойств. Он не дает покоя огромному количеству ученых, которые ломают голову, почему он именно такой, а не какой‑либо другой, вплоть до того, что обнаруживают в нем некое божественное послание. Некоторые его тонкие математические свойства действительно необыкновенны, но отличить, что там случайно, а что закономерно, – дело весьма нелегкое.

Покончив с нуклеиновыми кислотами как таковыми и узнав, зачем они нужны, поговорим немного о свойствах ДНК и РНК в сравнительном ключе. РНК менее стабильна, чем ДНК, потому что все наполнено ферментами, специально созданными для расщепления РНК – РНКазами. Дело в том, что матричная РНК должна своевременно расщепляться: если этого не делать, то будут продолжать производиться белки, в которых давно отпала необходимость. (Время жизни мРНК – от нескольких минут до нескольких дней. Единственное место, где она запасается впрок, – это желток яиц.) Поэтому все живые организмы, включая бактерии, производят разнообразные РНКазы, которые в результате содержатся буквально в окружающей нас пыли. Поэтому работать с РНК гораздо сложнее, чем с ДНК, – гораздо выше требования к чистоте.

Далее, вы, наверное, слышали о том, что вот-де ученые расшифровали последовательность ДНК, выделенной из египетской мумии, из замороженного трупа мамонта, из черепа неандертальца и кроманьонца. Все это действительно возможно, так как ДНК – очень стабильная молекула в нейтральной и в особенности в слегка щелочной среде. Считается, что первоначально для хранения информации использовалась РНК. (В наше время она используется для этой цели лишь некоторыми вирусами.) Кроме того, некоторые молекулы РНК даже сейчас имеют ферментативную функцию. Скорее всего тогда роль РНК в качестве ферментов была шире, несмотря на то что с химической точки зрения ее возможности здесь ограничены. Иначе говоря, преджизнь представляла собой «мир РНК» – молекулы РНК самовоспроизводились и обслуживались ферментами, которые сами представляли собой РНК. В дальнейшем была «изобретена» ДНК как химически модифицированная РНК, специально предназначенная для хранения и воспроизведения информации. А «вспомогательные» РНК научились делать белки, которые, хотя и были всего лишь надстройкой над миром РНК, оказались гораздо эффективнее в качестве ферментов. Так что сейчас общеизвестная роль РНК сократилась до того, чтобы быть посредниками между ДНК и белками. Однако кроткие РНК, по-видимому, до сих пор играют важную, прежде всего регуляторную, роль в организме.

Мы видим, что самая принципиальная для жизни функция – самовоспроизведения – основана на нуклеиновых кислотах, так как воспроизводятся именно они, а все остальное делается на их основе. Далее, мы видим, что различные нуклиновые кислоты прочно задействованы в синтезе белков. И наконец, процессы переноса энергии происходят посредством рибонуклеотидов. Напрашивается такая аналогия, что нуклеиновые кислоты – это будто бы люди, а белки – это будто их машины. Воспроизводство и ключевые моменты в производстве машин и контроль за ними остались за людьми, тогда как чисто технические возможности у машин гораздо шире, чем у людей.

Итак, мы ознакомились с общими химическими принципами работы нуклеиновых кислот по хранению и реализации генетической информации. Сейчас нам нужно уточнить некоторые детали, также вполне общего характера, связанные с регуляцией этого процесса.

Выше довольно часто встречались такие фразы: «У бактерий – одно, у высших организмов – другое». Дело в том, что живые существа действительно делятся на две большие группы – не имеющие ядра и имеющие его. Хотя это и будет забеганием вперед, давайте введем «правильные» названия для этих групп – прокариоты и эукариоты. (В системе биологической номенклатуры этим высшим категориям присвоен ранг надцарства.) К первым относятся бактерии, сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и актиномицеты (одноклеточные организмы, имеющие ветвящиеся отростки и тем самым напоминающие грибки). Ко вторым – все многоклеточные животные и растения, а также простейшие – довольно крупные одноклеточные существа, имеющие ядро: амебы, инфузории, жгутиконосцы, одноклеточные водоросли. Таким образом, мы являемся гораздо большими родственниками растениям и амебам, чем бактериям. Хотя все молекулярно-биологические процессы, описанные выше, общие для прокариот и эукариот, есть и определенные отличия.

Между прокариотами и эукариотами имеется много принципиальных различий в строении и функционировании клеток, о чем мы будем говорить позже. Сейчас полезно обратить внимание на различия, связанные с их способом жизни и взаимодействия со средой. Жизнь прокариот сводится к химии и с внешней средой они взаимодействуют также химическим путем. Они «питаются» органическими или даже неорганическими веществами. Для этого они выделяют в окружающую среду определенные ферменты, которые осуществляют там необходимые им химические процессы, и всасывают нужные им вещества посредством диффузии. Поэтому прокариоты – это совершенные и эффективные биохимические машины.

В отличие от прокариот, эукариоты взаимодействуют с окружающим миром посредством тех или иных рабочих структур. Даже одноклеточные эукариоты структурно устроены достаточно сложно и, если они гетеротрофы, то механически поглощают пищевые объекты. Многоклеточные же эукариоты (а таких большинство) представляют собой сложные структуры, построенные из многих типов клеток. В жизни животных огромную роль играет движение, в жизни растений – рост, который по сути тоже есть движение, позволяющее получить необходимое им количество света. Поэтому эукариоты – это прежде всего эффективные механические устройства, будь то тигр или сосна. Это позволяет индивидуальным организмам «контролировать» гораздо большие потоки вещества и энергии. Обратная сторона этой медали – то, что на уровне биохимии они могут позволить себе (и позволяют) быть расточительными и менее эффективными. (Грибы, которые являются эукариотами, пожалуй, занимают промежуточное положение на этой шкале – их жизнь связана с химией в большей степени, чем с механикой. Дрожжи – почти одноклеточные грибы – ведут себя в этом смысле практически как прокариоты.)

Что же до генетической информации, то большая часть ее у эукариот ответственна не за построение различных ферментов, а за развитие очень сложных структур. Соответственно среди множества белков, информация о которых содержится в их ДНК, большая часть является уже не ферментами – рабочими биохимического конвейра, а регуляторами – сигнальными веществами, управляющими ростом и развитием организма, фактически – молекулярными чиновниками.

Часто говорят, что армия чиновников работает сама на себя, производя документы, которые рассматривают другие чиновники, на их основании производят следующие документы и т. д. В точности то же самое происходит и в генетической бюрократии эукариот: белки-регуляторы производятся для того, чтобы регулировать синтез других белков, многие из них также являются регуляторами и так далее. Поэтому если бактерия – это эдакое натуральное хозяйство, все производство в котором должно быть максимально эффективно организовано, что легко достигнуть силами одного хозяина, то высшие организмы – это огромные государства, где масса действующих лиц, возникает очень много бестолковщины и творится много безобразий, но которые, несмотря на это, умудряются играть очень важную роль в мировой политике и экономике. При этом бактерия должна чутко реагировать на любое изменение коньюнктуры в окружающем среде, а высшие организмы обладают известной самодостаточностью - автономностью и устойчивостью.

Нетрудно догадаться, что разница между прокариотами и эукариотами ярче всего проявляется в механизмах регуляции транскрипции. Транскрипция эукариот призвана обеспечить быструю и адекватную реакцию на биохимическую ситуацию в среде. Классическим примером здесь является устройство так называемого lac-оперона, за открытие которого французские ученые Франсуа Жакоб и Жак Моно в 1965 г. получили Нобелевскую премию. Однако подчеркиваем, что это только один из множества вариантов того, как работают гены прокариот.

У кишечной палочки есть три белка, ответственных за переработку  дисахарида лактозы. Один из них транспортирует его в клетку, другой (трансацетилаза) присоединяет к нему ацетильную группу, третий расщепляет дисахарид на глюкозу и галактозу. Они кодируются определенными отрезками ДНК, идущими друг за другом. Все три участка транскрибируются и транслируются в виде единой мРНК, так что все три соответствующих белка появляются в клетке вместе. Следовательно, на все три участка имеется один общий промотор (напомним, что это участок ДНК, характеризующийся особой последовательностью нуклеотидов, с которого начинается транскрипция). Между промотором и первым геном имеется короткий участок ДНК – оператор, который, как и промотор, не кодирует никаких аминокислот, но зато опознается определенным белком-репрессором. В отсутствие лактозы – субстрата белков, кодируемых всеми тремя генами, репрессор связывается с оператором и преграждает продвижение РНК-полимеразы от промотора к генам. В результате гены не транскрибируются и белки не синтезируются. Однако у репрессора есть центр связывания лактозы. При появлении в клетке лактозы она связывается этим центром и меняет конформацию репрессора таким образом, что тот теряет способность связываться с оператором и отходит от него. Ничто более не сдерживает продвижение РНК-полимеразы, мРНК транскрибируется и транслируется. Таким образом, появление в среде субстрата – лактозы – индуцирует синтез ферментов, которые могут ее утилизировать.

В этом примере все три белка кодируются генами, которые расположены вместе и регулируются, транскрибируются и транслируются также вместе. Такая система, включающая промотор, оператор (или несколько операторов) и обслуживаемые ими гены белков, называется опероном. Оперонная организация генов обеспечивает, во-первых, слаженность синтеза функционально связанных белков, во-вторых, общую регуляцию их синтеза в зависимости от наличия / отсутствия субстрата.

В различных оперонах применяется четыре способа регуляции. Рассмотренный нами способ – это негативная индукция. Негативная – потому что имеется белок-репрессор, выключающий работу гена; индукция – потому что некое вещество, в данном случае субстрат, включает работу гена. Кроме индукции бывает репрессия – когда появление внешнего вещества, наоборот, выключает ген. Допустим, это продукт реакции, при избытке которого нужно ее остановить. И кроме негативных индукции и репрессии бывает и позитивная индукция и репрессия – когда регуляторный белок является не репрессором, а активатором. Активатор также связывается со специфичной регуляторной последовательностью ДНК, но это не препятствует, а, наоборот, способствует транскрипции гена – к примеру, помогает РНК-полимеразе связаться с ДНК.

Интересно, что в рассмотренном случае кроме негативной индукции присутствует и позитивная репрессия. Перед промотором есть еще и активатор, который в присутствии глюкозы – более эффективного пищевого ресурса – не работает, а в ее отсутствие – способствует связыванию РНК-полимеразы с промотором. Ген, кодирующий белок-репрессор, находится непосредственно перед lac-опероном. Но это не всегда и не обязательно так – ген регуляторного белка может находиться где угодно, а сам белок все равно свяжется с тем местом на ДНК, к которому у него есть сродство. Такие регуляторные вещества, поступающие из других мест, называются транс-факторами. А вот участок ДНК, с которым он связывается, принципиально должен находится по соседству с регулируемыми генами, такие регуляторные элементы называются цис-факторами.

В клетке кишечной палочки найдено и предсказано 2 584 различных оперона, в которых применяются разные принципы регуляции.

А вот у эукариот оперонов практически нет. У многоклеточных организмов регуляция жизнедеятельности больше идет на уровне физиологии целого организма. При этом с внешней средой взаимодействуют одни клетки (допустим, кожа, пищеварительный тракт, органы чувств), а реакция должна состояться в другом месте – в мышцах, железах. Зачастую белок формируется в одном месте, а используется совсем в другом.

Изменения в транскрипции генов в ответ на воздействия внешней среды на многоклеточный организм происходят с участием внутренних посредников – гормонов, а у животных (также и нервных импульсов, которые в конечном счете тоже сводятся к воздействию на клетки определенных веществ-посредников) – медиаторов. Кроме того, для многоклеточных очень важно, чтобы сам этот сложный организм правильно формировался по определенной, очень сложной программе. Ее разворачивание предполагает каскад специфических сигналов (транс-факторов), представляющих собой белковые продукты регуляторных генов. Эти сигналы очень узко направлены – их адресатами является небольшое число генов, многие из которых также представляют собой регуляторные гены. Таким образом, транс-факторы эукариот можно грубо разбить на два типа – продукты регуляторных генов и рецепторы, связавшиеся с гормонами или медиаторами.

Как следствие всех этих обстоятельств каждый ген у эукариот регулируется независимо и в начале каждого (а иногда внутри и вокруг него) имеется протяженная регуляторная область цис-факторов, с которой связываются многочисленные транс-факторы – активаторы и репрессоры.

И наконец, транкрипция эукариотических генов зависит от характера укладки ДНК в хромосомах и того, с какими структурными белками хроматина и как именно она связана. Об этом будет сказано в дальнейшем.

Кстати, у эукариот есть еще одно отличие от прокариот. Матричная РНК, образовавшаяся после транскрипции, прежде чем послужить матрицей для синтеза белка, под действием специальных ферментов претерпевает определенные изменения под общим названием процессинг. А именно:

– к ее 5’-концу пришивается гуанинтрифосфат в обратной ориентации – это нужно для правильной фиксации ее начала на рибосоме;

– к 3’-концу в определенном месте, как правило, присоединяется последовательность РНК, состоящая из одних аденинов – это помогает мРНК некоторое время не расщепляться РНКазами;

– с той же целью защиты от РНКаз, будучи подобным образом модифицированы, оба конца мРНК соединяются друг с другом, так что мРНК оказывается свернутой в кольцо;

– из середины большинства мРНК вырезаются куски, которые не кодируют аминокислот – интроны. Все это выглядит нелепой тратой вещества и энергии – зачем производить мРНК длиннее, чем это нужно. Однако вырезание интронов из одной и той же мРНК может происходить по нескольким разным схемам, что позволяет порождать дополнительное разнообразие синтезируемых белков. Кроме того, вырезанные интроны иногда приспосабливаются для выполнения каких-то функций, в основном регуляторных.

В первой лекции мы уподобили живые организмы компьютерам, так как и те и другие суть системы, существующие за счет преобразования информации. Сегодня мы ознакомились с некоторыми принципами строения биологического компьютера, в частности увидели, где у него находится и как устроен носитель долговременной памяти и как информация с него считывается. Обратим внимание на одно важное обстоятельство. Из области бытовой техники вы знаете, что существует два способа записи и воспроизведения сигнала – аналоговый и цифровой. Аналоговый способ реализован, к примеру, при записи звука на пластинку. Колебания воздуха преобразуются в колебания электрического поля, а те – в извилистую бороздку на пластмассе, конфигурация которой повторяет профиль исходной звуковой волны. Звуковая волна записана в этой бороздке посредством прямого преобразования одних сил, способных меняться плавно и на произвольную величину, в другие. При воспроизведении происходит обратный процесс.

Вы знаете, что есть другой принцип записи звука – цифровой. При этом профиль звуковой волны закодирован в виде ее числовых параметров и эти параметры записаны на магнитном или оптическом компьютерном носителе в виде чередования нулей и единиц, т. е. в дискретном виде. При преобразовании аналогового сигнала (звуковая волна) и цифрового (магнитный носитель) и обратно используются процессы, идущие по закону «все или ничего» (ток идет – тока нет), причем процессы, меняющиеся плавно (давление воздуха, напряжение электрического поля в мирофоне), постепенно расщепляются на каскад дискретных процессов в компьютере и обратно.

В том, с чем мы сегодня однакомились, можно усмотреть оба типа сигналов – аналоговый и цифровой. Передача и кодировка дискретных (т. е. по сути – цифровых) сигналов имеет место в явлениях матричного биосинтеза. Это точная репликация ДНК, перевод с языка ДНК на язык РНК при транскрипции, с языка РНК на язык аминокислот при трансляции. И сами эти языки, состоящие в последовательности 4 или 20 букв – дискретных мономеров – нуклеотидов и аминокислот, соответственно ничем (только количеством букв) принципиально не отличаются от двоичного, т. е. двухбуквенного (0 и 1) внутреннего, языка компьютера. Однако управление всеми этими процессами с помощью регуляторных белков основано на изменениях концентраций тех или иных веществ – как самих регуляторных белков, так и низкомолекулярных индукторов или репрессоров. Информация от внешнего мира поступает в клетку в виде концентраций тех или иных веществ – питательных, таких как глюкоза, или специальных сигнальных – таких как гормоны. Концентрации могут меняться плавно, и в соответствии с ними интенсивность транскрипции тоже менятся плавно. Это типичный случай аналогового преобразования сигнала.

Если способ записи в ДНК информации о структуре белков довольно выразителен и весь основан на принципе комплементарного спаривания нуклеотидов – в двойной цепи ДНК, при синтезе ДНК и РНК, при спаривании антикодона тРНК с кодоном матричной РНК, то способ записи в ДНК информации по управлению синтезом белков менее нагляден. Здесь также все основано на существовании в ДНК строго определенных последовательностей нуклеотидов. Но в данном случае эти последовательности распознаются соответствующими специальными белками без комплементации и даже без расплетания двойной цепочки ДНК. Эти белки буквально нащупывают столь слабые зацепки, как определенная конфигурация атомов следующих друг за другом пар спаренных нуклеотидов внутри бороздок двойной цепочки ДНК. Эту конфигурацию и то, как она опознается белками, не покажешь на простых моделях. Однако именно на таких взаимодействиях (белок – ДНК) основана вся регуляция функционирования генетической информации и тем самым существование любого живого организма, простого или сложного.

В этой лекции мы ознакомились с достаточно сложными веществами и процессами, на которых основана вся наша форма жизни. Надеемся, что вам удалось почувствовать одновременно и их сложность, и их красоту, а также общность всей этой уникальной сложной организации у всего живого.