Базовая (без нижней дополнительной строки) матрица является прямоугольником 4х5, содержащим двадцатку канонических аминокислот. В отличие от каллигаммы, матрица не требует специального допущения для кодирования цистеина и, таким образом, полностью соответствует универсальному генетическому коду. Центральные колонки матрицы отчетливо структурированы по гидрофильности аминокислот (в таблице ниже – светлые ячейки заняты гидрофобными аминокислотами, темные – гидрофильными):
Матрица структурирована также по позициям обозначенных выше четверок аминокислот обоих арс-классов, демонстрируя их строгую сдвиговую симметрию:
Отчетливо заметна и симметрия продуктов, маркирующих деление арс-классов аминокислот на «пуриновые» и «пиримидиновые», – относительно центральной колонки матрицы:
Поскольку в каждой строке матрицы не более двух или трех аминокислот одного класса с хорошо различимой массой, то при способности АРСаз узнавать хотя бы первое основание кодона (третье – антикодона) и отличать его от фиксированного по массе реперного соседа, безошибочное узнавание АРСазой «своей» тРНК чрезвычайно упрощается. Таким образом, матрица хорошо иллюстрирует решение парадокса множественного узнавания небольшой молекулы с почти монотонной структурой.
Заканчивая главу, упомянем еще об одной нашей находке, имеющей отношение к кодовым симметриям. Оказывается, продукты кодирования зеркально-симметричными дублетами (типа ABN и BAN) следуют трем простым правилам:
при нарастании массы оснований в дублете кодируемый продукт имеет большую молекулярную массу, при снижении – меньшую;
молекулярная масса продукта, кодируемого гомотриплетом (то есть, ССС, ТТТ, ААА, GGG), больше, если триплет составлен из пиримидинов;
молекулярная масса пары аминокислот, кодируемых гомодублетом (то есть, СС-, ТТ-, АА-, GG-), больше, если он состоит из пиримидинов.
Возникает вопрос, какой смысл – и есть ли он – в кодовых симметриях и соотношениях, описанных в этой главе? Если хиральность биологических молекул и клеточная организация имеют очевидные достоинства и являются необходимыми для возникновения жизни и последующей эволюции, то симметрия (в первую очередь, билатеральная) генетического кодирования, по меньшей мере, озадачивает. Является ли она следствием каких-то не открытых еще физических или информационных законов (например, исходных альтернатив, выбор которых имел селективные преимущества, похоронившие первые версии кода, значительно более разнообразные и не столь регулярные)? Имеет ли она отношение к надмолекулярным симметриям биологических форм? Нужна ли подобная симметрия кода для его невероятной стабильности или для максимальной простоты и надежности его функционирования в биологических системах? Положительные ответы на все эти вопросы весьма соблазнительны, но без весьма основательной проработки – остаются лишь гипотезами, доказательства которых сегодня даже не просматриваются. Альтернативная точка зрения (Френсис Крик) заключается в том, что все эти симметрии совершенно случайны, и генетический код мог быть каким угодно: химического соответствия между аминокислотами и антикодонами нет. И если сегодня – в большинстве случаев – нельзя рассчитывать на то, что после замены антикодона на другой в синтезируемый полипептид войдет аминокислота, соответствующая новому антикодону, то это потому только, что длительная эволюция – опять-таки во многих случаях – оптимизировала соответствие АРСаз и тРНК за счет участков, выходящих за пределы антикодона.
Следующая глава написана для тех читателей, кого обе точки зрения оставляют в состоянии умственного дискомфорта. Но только те из них, кто разделяет черный оптимизм Автора, кто понимает, что если не веришь в Бога, то это не означает автоматическую «веру в Большой Взрыв», и кто не ждет от науки неизбежного разрешения ассонанса в консонанс (не органчик же!), – только они получат удовольствие от того, что ответы на эти вопросы вызывают новые, еще более острые.
…………………
Сразу ясно, что символом А эта глава названа просто потому, что речь в ней идет об аналоговых представлениях генетического кода. Здесь мы, наконец, оставляем без внимания множество «интересных» чисел, которыми до сих пор докучали терпеливому Читателю, но к которым всѐ же ненадолго вернемся в последующих двух главах, посвященных оцифровке приведенных выше аналоговых представлений.
Глава Б.
Барионная оцифровка генетического кода (xiv)
Форматы 1D и 2D
Строго говоря, барионным числом называется сохраняемое квантовое число системы. Нам нет необходимости углубляться в эту тему. Может быть, стоит помнить лишь то, что барион – это элементарная частица, состоящая из трех кварков. Все частицы, состоящие из трех кварков, имеют барионное число +1. Наиболее стабильные барионы – это протоны и нейтроны, называемые нуклонами. Из них состоят ядра атомов. Атомы формируют молекулы, в том числе молекулы двух компонентов генетического кода – азотистых оснований и аминокислот. Нуклоны входят в семейство адронов и являются самыми легкими барионами. Именно из барионов построена подавляющая часть наблюдаемого нами вещества. С точки зрения электромагнетизма, определяющего межатомные взаимодействия, протоны и нейтроны, разумеется, различны, но в терминах сильного взаимодействия, которое является основным в масштабах атомного ядра, они различаются только изоспинами и являются, по существу, одной частицей, нуклоном. Все эти пояснения я привожу здесь для того только, чтобы напомнить читателю, что адроны появились в первые десять миллисекунд после Большого Взрыва. Именно адроны (то есть барионы, то есть нуклоны) и являются костяшками тех счет, на которых Автор намерен отстучать большую часть Главы Б, поскольку не может исключить, что этот инструмент был уже использован на Земле 4.5 миллиардов лет назад.
В 1980г Хасегава и Мията59 предложили целочисленный вариант параметра массы аминокислот – число нуклонов в молекуле; позднее Владимир Щербак (см. Примечания к Главе 111) использовал его для демонстрации арифметического содержания генетического кода. Термин нуклонная масса и будет использован далее. Термин барионное число не применяется к молекулам, иначе он бы только запутал дело (хотя математически он точно соответствует нуклонной массе). Он фигурирует только в названии этой главы, да и то – для того только, чтобы пояснить ее символ.
«Новый параметр» и объекты его приложения позволили выявить удивительную картину. Чтобы ее оценить, надо иметь в виду два обстоятельства. Во-первых, основу целочисленности составляют наиболее распространенные и стабильные изотопы атомов молекул 20 аминокислот. Второе обстоятельство требует отдельного уточнения. Дело в том, что молекулы аминокислот сконструированы по общему правилу. Все они являются альфа-аминокислотами, то есть их аминогруппа максимально приближена к карбоксилу; именно такие аминокислоты способны обеспечить необходимую прочность и устойчивость молекулам полимеров (полипептидов):
Различие в структуре аминокислот обеспечивается вариантами радикала (R), а константную часть молекулы составляют показанные здесь два атома углерода, два – кислорода, один – азота и четыре – водорода. Их целочисленная нуклонная масса, то есть масса их нуклонов – 74 в свободном состоянии и 56 – в составе полипептида. Вариабельная нуклонная масса относится к радикалу и составляет от 1 (водородный протон) у глицина G до 130 у триптофана W.
Единственное исключение из общей структуры аминокислот представляет собой пролин Р. Он содержит боковую цепь с двумя связями – и на один атом водорода меньше в константной части. Однако, воображаемая передача одного нуклона из боковой цепи – константной возвращает последней стандартную массу: 73+1=74, в то время, как боковая цепь остается без протона: 42—1=41. Одновременно пролину возвращается «стандартная» структура аминокислоты, состоящая из константной и вариабельной частей.
Остается отметить, что пунктуационный знак «стоп», не кодирующий аминокислоты (в отличие от знака «старт», ассоциированного с метионином М), принимается в оцифровке генетического кода за ноль. Примем также во внимание и то, что пять позиций: