Беседы о жизни
Шрифт:
Это сравнение производит очень сильное впечатление, однако лишь на самый первый взгляд. Поразмыслив, нетрудно прийти к выводу, что ничего здесь особенного нет. Просто мы оказались перед лицом факта: одна и та же третичная структура может кодироваться различными аминокислотными последовательностями. Но ведь то же самое мы наблюдаем и в отношении генетического кода: одна и та же аминокислота может кодироваться двумя, тремя, а то и шестью различными кодонами. Важно, таким образом, знать способ кодирования, но его-то как раз мы и не знаем. В конце концов, если нам неизвестны принципы предопределения третичной структуры аминокислотной последовательностью, — как знать, может быть, последовательности миоглобина и субъединиц
И опять перед нами возникает проклятая проблема кода, используемого природой на этапе «первичная структура — третичная структура». Уместно отметить одну особенность этого кода: если предыдущие этапы передачи генетической информации ДНК->РНК, РНК->белок требовали очень сложных и очень специальных «обслуживающих систем» (мы о них старались говорить по возможности меньше именно из-за их сложности), то третичная структура молекулы белка с определенной аминокислотной последовательностью приобретается молекулой самопроизвольно, достаточно предоставить ее самой себе.
Это ее внутренняя способность, и для реализации этапа «первичная структура — третичная структура» никакие обслуживающие механизмы не нужны. Молекула, вынесенная из клетки, сохраняет не только свою третичную структуру, но и способность ее самопроизвольно восстанавливать. Молекула как молекула, валентная структура ее нам известна — значит, и ее поведение должно определяться известными нам физическими законами. Иными словами, наконец-то оказалось возможным вполне подробно рассмотреть элементарный биологический объект в физических терминах, или, еще короче,
Раз белковой молекуле ничто внешнее не помогает принять определенную, единственную пространственную укладку, значит, это происходит за счет сил, действующих внутри самой молекулы. Более того, если бы эти силы прочно не удерживали молекулу в конформации соответствующей этой структуре, никакие первоначальные упорядочения за счет внешних причин не помогли бы: под действием теплового движения молекула очень быстро утратила бы эту конформацию, приняв постоянно меняющуюся форму случайного клубка, как это происходит с «обычными» полимерами.
Благодаря тому, что боковые радикалы аминокислотных остатков весьма разнообразны по своей структуре, химической природе, электрическим свойствам, оказываются различными гибкость отдельных участков белковой молекулы, их взаимное сродство, способность к образованию периодических структур и т. п.
И существуют такие способы чередования аминокислотных остатков в белковой молекуле, что, предоставленная самой себе, она самопроизвольно свернется во вполне определенную структуру. Значит, проблема предсказания третичной структуры, записанной на языке аминокислотной последовательности, сводится к подробному описанию внутримолекулярных взаимодействий в белке, которое позволило бы точно воссоздать основные силы, изгибающие или выпрямляющие отдельные участки цепи, сближающие или отталкивающие различные ее части, а это, несомненно, физическая задача.
Не теряя времени, мы тут же, прямо-таки через полторы-две страницы примемся за ее постановку в традиционном «физическом» виде. Но перед этим — несколько слов на более общие темы.
Нет смысла скрывать далее от читателя, что необычная пространственная структура белковых молекул и есть причина их необычных свойств (будем
В общих чертах нам известен даже способ реализации ДНК-овой записи в виде аминокислотной последовательности белка. Если мы теперь, уже вступив на твердую почву физических представлений, сумеем описать поведение каждой такой молекулы в различных ситуациях, мы сможем получить полное представление о молекулярных механизмах процессов передачи информации от ДНК к белку, которые нами не рассматривались (из чего, очевидно, не следует, что о них ничего не известно). В результате мы получаем замкнутое и исчерпывающее описание феномена жизни на языке физики — предел амбиций всякой отрасли естествознания. Усилиями современной науки удалось, таким образом, свести (хотя бы в принципе) проблему живого к задачам внутри- и межмолекулярной подвижности, к задаче поиска молекулой или системой молекул единственного, наиболее устойчивого состояния… Это ли не прогресс биологии второй половины двадцатого века!
Прочтем теперь внимательно следующие два абзаца:
«…Если бы доктор Бауман ввел свою систему в надлежащее русло и приложил бы свои идеи лишь к образованию животных, не распространяя их на природу души… он бы не вверг себя в наиболее соблазнительный вид материализма, приписывая органическим молекулам желание, отвращение, чувства и мысль. Следовало бы удовлетвориться предположением чувствительности, в тысячу раз меньшей, чем та, которой всемогущий наделил животных, наиболее близких к мертвой материи. В результате этой глухой чувствительности и разницы в структуре для всякой органической молекулы имелось бы только одно, самое удобное положение, которое она непрерывно искала бы, автоматически беспокоясь, как это случается с животными, когда они ворочаются во сне… Ему вообще следовало бы определить животное как систему органических молекул, которые вступают в разнообразные соединения, пока каждая из них не найдет наиболее подходящего положения для своей фигуры и своего спокойного состояния…»
Этот фрагмент позаимствован нами из книги французского философа-энциклопедиста Д. Дидро (1713–1784 гг.) «Мысли к объяснению природы».
Вспомним же по этому поводу (да простится нам обилие цитат!) слова великого биохимика А. Сент-Дьёрдьи (заочно знакомого каждому, когда-либо принимавшему витамин С, открытый А. Сент-Дьёрдьи в 1931 году), относящиеся к ученым прошлых веков: «Не обладая подчас даже самыми примитивными исследовательскими приборами, они широко пользовались двумя устройствами, которыми наделила человека природа и употребление которых впоследствии вышло из моды: глазами и мозгом».
Глава 3. Белок изнутри
В этой главе мы хотим поговорить о том, каким образом белковая молекула сама, без всякой посторонней помощи находит предопределенную ей аминокислотной последовательностью пространственную структуру. Прибегая к терминам «находит», «ищет» и т. п., мы непроизвольно (как бы в подражание раскритикованному Д. Дидро злополучному доктору Бауману) одушевляем молекулу, наделяем ее элементами сознания. Конечно, те наивные представления о молекулах, которыми располагал доктор Бауман, в какой-то мере служат оправданием идеи одушевленности биологических молекул. Но, странное дело, проходят десятилетия, столетия, а из лексикона биологов вовсе не исчезают обороты типа: «белки определенным образом приспосабливаются…», «целенаправленная организация структуры белковой молекулы…», наконец, «молекула белка запрограммирована на…».