Читать книгу "От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера - Григорий Валерьянович Никифорович"

основал существующие до сих пор Европейские пептидные симпозиумы. Рудингер был вынужден бежать из Чехословакии дважды, в 1939 и 1968 годах: в Англию от оккупации гитлеровской и в Швейцарию от оккупации советской. Мне не довелось познакомиться с ним лично, но я не раз слышал рассказы о нем его ближайших сотрудников. Чаще всего вспоминали, как Рудингер, который совсем молодым пареньком служил в британских ВВС во время войны, любил обсуждать за кружкой пива воздушные бои над Ла-Маншем с Эрихом Вюншем, бывшим боевым летчиком люфтваффе, тоже ставшим после войны известным пептидным химиком.

После успеха с рибонуклеазой А сомневаться в принципиальных способностях синтеза пептидов воспроизводить длинные аминокислотные цепи уже не приходилось. Синтез превратился из научной задачи в задачу технологическую, хотя и весьма сложную: в случае с рибонуклеазой А понадобилось провести триста шестьдесят девять химических реакций и еще тысяча сто тридцать одну вспомогательную операцию. Эта ситуация подтолкнула развитие методов аналитической химии, в первую очередь различных видов хроматографии, позволяющих найти и выделить все возможные соединения, содержащиеся в реакционной смеси — буквально отыскать иголку в стоге сена. Кроме того, на помощь пришла новая идея — микробиологический синтез белков. Синтез последовательностей нуклеотидов гораздо проще химического синтеза белков, так что синтезировать последовательность нуклеотидов, кодирующую аминокислотную последовательность какого-нибудь белка, сравнительно легко. Полученную нуклеиновую кислоту внедряют затем в организм бактерии (обычно используют кишечную палочку вида Escherichia coli), которая и начинает синтезировать требуемый белок.

Тем самым пептидные химики, уже болезненно пережившие однажды вторжение в свои ряды роботов-синтезаторов, вынуждены были признать, что в гонке за длиной пептидной цепочки их опередили микроорганизмы. По счастью, научные задачи пептидной химии этим не исчерпываются: всегда интересно провести синтез пептида при каком-нибудь необычном сочетании аминокислот в цепи, придумать новую, более удобную, защитную группу, применить новый эффективный реагент — за сто лет многое еще осталось неисследованным. Но проблему получения практически любой пептидной или белковой молекулы в химически чистом виде сегодня можно считать решенной.

Трехмерная молекула

Яйцо издавна служило символом жизни; во многих религиях оно представляется вместилищем силы, которая способна породить все живое. С возникновением христианства яйцо получило дополнительное значение: снаружи яйцо выглядит мертвым, но внутри его находится новая жизнь, которая выйдет из него. Поэтому и появился обычай дарить друг другу пасхальные яйца, зачастую окрашенные красным — цветом пролитой крови Христа. Пасхальное яйцо напоминает о том, что Иисус восстанет из Своего гроба и даст новую жизнь.

Здесь, однако, налицо противоречие: ведь пасхальные яйца сварены вкрутую, что полностью исключает зарождение в них живого организма. Воскресения не произойдет — во всяком случае, из такого яйца. А почему, собственно? Ведь химический состав главных компонентов яйца — белков — при кипячении не изменится. Даже пептидные связи не разорвутся при температуре 100 °С.

Значит, правильно выстроенной в линию последовательности аминокислот еще недостаточно для проявления биологических свойств белков или пептидов. Молекула белка в клетке должна иметь какое-то дополнительное свойство, которое и позволило бы ей выполнять свою биологическую функцию. Это свойство заключается в способности принимать вполне определенную пространственную структуру, называемую также конформацией. Более того, именно конформация молекулы белка определяет его функцию в клетке.

Змейка Рубика: кошка, кобра, собака

Некоторое представление о том, что такое конформация, можно получить на примере распространенной детской игрушки — змейки Рубика. Она составлена из двадцати четырех одинаковых элементов — призм треугольного сечения, — причем соседние призмы соединены шарнирами, которые позволяют поворачивать разные части змейки друг относительно друга. При определенном навыке из линейной змейки, вытянутой в длину, можно построить более сотни различных двумерных и трехмерных фигурок: кота, кобру или, скажем, собаку.

Каждая из этих фигурок — специфическая пространственная структура змейки Рубика. И каждая имеет свой смысл, несет свою информацию: кошку не спутаешь с коброй или с собакой. В линейной цепочке эта информация содержится лишь в скрытом виде; чтобы она проявилась, одномерную змейку надо свернуть в трехмерную структуру, притом организованную вполне однозначным образом.

В белковых последовательностях не двадцать четыре, а сотни элементов-аминокислот, и не одинаковых, а разных — двадцать возможных типов. И различных фигурок-конформаций из них можно представить себе десятки тысяч. Но удивительным образом в живой клетке для всех молекул белка с одной и той же аминокислотной последовательностью реализуется только одна уникальная пространственная структура. Именно по этой конформации данный белок «узнают» другие молекулы в клетке, и с этого узнавания начинаются все биохимические реакции с его участием.

Конформация, о которой идет речь — ее называют нативной, то есть естественной, — существует в определенных условиях: в водном растворе заданной кислотности при температуре обычно не выше 42-45 °С и нормальном давлении. Если же условия изменяются — например, температура повышается до уровня кипения воды, — изменяется и эта конформация; точнее, она ломается. Белковая цепочка принимает другие пространственные структуры, но они уже не способны выполнять биологические функции белка, потому что остальные молекулы клетки их не узнают. Налаженная система взаимодействий внутри клетки прерывается, и жизнь прекращается: из крутого пасхального яйца цыпленок не вылупится.

Рассказ о том, что биологические функции белков и пептидов связаны с их пространственной структурой, можно было начать еще раньше, когда речь шла об основах химии пептидов. Для этого схематическую формулу аминокислоты пептидной цепочки следовало переписать вновь, но уже чуть-чуть по-другому:

чтобы стало понятней, что центральные атомы углерода (С) обладают, как говорят химики, четырьмя заместителями, причем все заместители у них разные. Каждый из них присоединен к атому С стерженьком, символизирующим валентную связь.

Но расположены заместители вокруг центрального углерода не так, как это изображено в «плоской» схематической формуле. На самом деле они размещены не в плоскости, а в пространстве, по вершинам тетраэдра — четырехгранника с треугольными гранями, — в центре которого находится атом углерода. Если теперь, с учетом сказанного, представить себе, что треугольник H2N—С—СООН лежит в плоскости книжной страницы, то боковая цепь R и атом водорода Н неизбежно должны выходить из нее. При этом возможны два варианта, которые выглядят как показано на рисунке ниже.

Эти варианты строения аминокислоты не отличаются друг от друга ни молекулярной массой, ни химическими особенностями, ни затратами энергии, необходимыми для их синтеза, — решительно ничем, кроме оптических свойств. И тем не менее в живой природе синтезируется исключительно одна из этих пространственных форм, именно первая из изображенных, называемая «левой» аминокислотой. Ее энантиомер, «правая» аминокислота, хоть и встречается