Загадки мироздания

Азимов Айзек

В течение первых пары десятилетий XX века английский врач Арчибальд Гаррод занимался изучением обмена веществ у людей, а именно исследованием последовательности химических реакций, с помощью которых организм разлагает пищу для получения энергии и построения тканей. Ему попадались случаи, когда организм человека оказывался лишенным способности осуществлять ту или иную реакцию — всего одну, но результаты зачастую становились плачевными (подобные примеры уже приводились выше).

Такие химические отклонения являются врожденными. Весь инструментарий для своей биохимической деятельности, полный или дефектный, человек

получает с рождения (хотя в некоторых случаях дефект сказывается гораздо позже). Гаррод назвал отклонения от нормы «врожденными дефектами обмена веществ».

Разумеется, легче всего распознать те дефекты, которые приводят к развитию серьезных заболеваний, таких как диабет (см. главу 4), или имеют заметные внешние симптомы (пример — алкаптонурия, сравнительно безвредное заболевание, при котором моча в некоторых случаях становится черной).

Понимая, что внутриклеточные химические механизмы в высшей степени сложны, Гаррод выдвинул вполне логичное предположение, что могут существовать и такие отклонения, которые не приводят к появлению опасных или заметных внешних симптомов; иными словами, метаболизм каждого отдельного человека может иметь некие минимальные отличия от метаболизма любого другого человека, не являющиеся ни преимуществом, ни недостатком. С этой точки зрения каждый из нас уникален не только внешне, но и внутренне.

Вот смотрите. Организм умеет вырабатывать особые защитные белки (антитела), которые вступают в реакцию с чужеродными молекулами и нейтрализуют их. Это один из лучших способов защиты от вторгающихся в организм бактерий и вирусов. После того как у человека один раз выработались антитела против вируса кори, в дальнейшем эта болезнь ему уже не страшна — у него формируется иммунитет против нее. Вакцина Сэбина стимулирует организм вырабатывать антитела против вируса полиомиелита путем введения самого этого вируса, но только в такой форме, которая не может привести непосредственно к развитию заболевания. Таким образом, организм приобретает иммунитет, не рискуя при этом заболеть полиомиелитом по-настоящему.

Механизм выработки иммунитета имеет и обратную сторону — иногда случается так, что организм формирует чувствительность и к совершенно безвредным инородным веществам, например к некоторым видам цветочной пыльцы или пищи. Такой «ошибочно сформированный» иммунитет называется аллергией.

Каждое определенное антитело четко различает все чужеродные вещества между собой (к примеру, белок утиного и куриного яйца), даже в тех случаях, когда и химику разница между ними неочевидна. И тем более все антитела способны отличать чужеродные вещества от молекул, свойственных самому организму.

Раз антитело может отличать один белок от другого, значит, между ними имеются какие-то различия. Если это так, то получается, что белки каждого человека на земле должны отличаться от белков каждого из остальных людей (за исключением случая однояйцовых близнецов). Косвенным доказательством тому является тот факт, что пересаженный участок кожи может прижиться лишь в том случае, когда он взят с тела самого больного или с тела его однояйцового близнеца, если больному посчастливилось такого близнеца иметь.

Белки кожи любого другого человека организм больного распознает как чужеродные и начнет формировать против них антитела. Эти антитела не дадут трансплантату прижиться, отстояв, таким образом, химическую индивидуальность больного — правда, в данном случае ценой угрозы для его же здоровья.

До сих пор все чудеса медицины достигались путем методов «массированных атак», а научная медицина искала средства, которые подходили бы всем и каждому. Аспирин утоляет боль практически у всех, пенициллин практически всегда останавливает рост определенных бактерий в организме любого человека. Так что врач может всем и каждому прописывать эти лекарства — с оглядкой, разумеется, на редкие случаи гиперчувствительности к ним незначительного меньшинства людей.

Однако по мере накопления знаний к таким «универсальным» терапевтическим методам прибавятся и более тонкие, основанные на индивидуальных потребностях организма каждого. Врачам придется признать, что у человека имеется не только психологическое и биологическое «я», но и химическое тоже.

Несомненно, первые шаги в этом направлении будут связаны с белками. В конце концов, большую часть веществ, вызывающих формирование антител, представляют собой белки, и сами антитела тоже являются белками. Очевидно, что присутствующие в организме белки немного различаются между собой, и для того, чтобы извлечь из этих различий преимущества, организм может формировать особые, дополнительные белки.

О каких же различиях идет речь? Начнем с того, что белки состоят из крупных молекул. Даже средняя по размеру белковая молекула имеет в своем составе около 400 000 атомов. Для сравнения упомянем, что молекула воды состоит из трех атомов, а молекула сахара, который мы употребляем в пищу, — из 45.

В составе белковой молекулы атомы расположены по блокам, именуемым аминокислотами, в каждый из которых входит от 10 до 30 атомов. Аминокислоты, скрепленные последовательно, как бусы на ниточке, и составляют молекулу белка.

В общем все аминокислоты построены практически одинаково, разница между ними — лишь в деталях. Каждый конкретный белок состоит из аминокислот 15-22 различных видов, объединенных в цепочку, в которой всего могут оказаться тысячи аминокислотных молекул.

Естественно, если два белка состоят из разного количества аминокислот, то они уже различаются между собой, и антитела используют это различие. Точно так же понятно, что даже если два белка состоят из одинакового количества аминокислот, но количественные соотношения различных видов аминокислот в их составе различаются, то этого тоже достаточно, чтобы один белок четко отличался от другого.

Интересно, что даже если два белка состоят из одного и того же количества аминокислот и процентное соотношение аминокислот разных видов в их составе тоже одинаково, они все еще могут отличаться друг от друга за счет различий в порядке нахождения аминокислот в цепочке. Ведь если взять ожерелье из 20 бусин — пяти красных, пяти желтых, пяти синих и пяти зеленых, — то путем перестановки бусин на нитке можно получить 12 миллиардов различных комбинаций.

А строение белков еще сложнее. В состав среднего белка входит не 20, а более 500 аминокислот, а самих аминокислот не четыре, а 20 видов. И для того, чтобы записать число возможных комбинаций аминокислот в молекуле белка среднего размера, потребуется цифра более чем с шестью сотнями нулей.