Физики, облучая рентгеновскими лучами кристаллический белок, сумели увидеть как бы объемную картину атомов белка, что позволило уже судить о самом облике гигантской молекулы. Так, сначала удалось, например, «увидеть» лишь общие контуры молекулы белка миоглобина (мышечный гемоглобин), а затем, когда была достигнута более высокая мощность прибора, были исследованы и спиральные участки молекулы.
На решение таких задач ученого толкает далеко не праздное любопытство, а крайняя необходимость. Все дело в том, что молекула фермента способна осуществлять в организме животного или в колбе исследователя те или иные процессы только до тех пор, пока она сохраняет свою специфическую третичную структуру. И стоит ее хоть очень немного нарушить, например, воздействием температуры, растворителями, излучениями или какими-либо химическими веществами, как молекула фермента теряет свою каталитическую активность. Нужно отметить, что при этом не нарушается не только первичная, но и вторичная структура молекулы. Вот почему проблема третичной структуры белка представляется очень важной.
Однако весьма существенную роль играет и первичная структура белковой молекулы. Вот пример. В зонах малярии на побережье Средиземного моря, в Африке и Азии широко распространено заболевание крови, так называемая серповидная анемия. Страдающие этим тяжелым недугом, как правило, невосприимчивы к малярии.
Недавно выяснилось, что это заболевание может быть отнесено к «молекулярным болезням». Оно связано с тем, что в крови больного, в молекуле гемоглобина нарушается порядок расположения отдельных аминокислот. Совсем небольшое нарушение, но оно резко изменяет ход процессов обмена живого организма. Такое как будто бы незначительное изменение первичной структуры белка вызывает сильное потрясение всего организма. Чем же вызываются такие изменения в молекулярной структуре белка? Как это ни поразительно, но виновен в этом сам организм. В борьбе с малярией организм перестраивает молекулу гемоглобина таким образом, чтобы сделать ее нечувствительной к ядовитым ферментам, которые вырабатываются плазмодием. Эта перестройка и приводит, по сути дела, к ослаблению и, в конечном счете, к гибели всего организма.
В клетке все процессы взаимосвязаны, и нарушение в одном месте того или иного, биохимического процесса серьезным образом сказывается на всей жизнедеятельности.
Приведенный случай ярко иллюстрирует момент, когда клетка, борясь с токсинами плазмодия, вынуждена «подправить» свои «матрицы» и тем самым нарушить воспроизведение нормального гемоглобина.
Разумеется, это лишь наиболее яркий случай такого влияния, которое в конечном счете приводит к вымиранию данной генетической ветви. Однако способностью нарушать «матрицы» клетки, которыми являются дезоксиробонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты, или, как еще это называют, способностью быть мутагенами, обладают и другие, часто очень простые соединения, а также лучистая энергия. При воздействии на живой организм очень малых количеств таких материалов, в синтезирующем аппарате клетки постепенно как бы начинают накапливаться дефекты. Точнее, если на первых стадиях жизни здорового организма процесс синтеза протекает постоянно однозначно и стереотипно, то со временем, когда нарушается структура отдельных участков «матриц», начинают синтезироваться белки иного состава. И тогда они не могут нормально функционировать.
В течение жизни в организме человека накапливается все больше белков с измененной структурой, что со временем приводит к старению организма и смерти.
Возникает вопрос: а нельзя ли как-то уберечь организм от воздействия вредных веществ на «матрицы» клетки или каким-то образом сильно затормозить их вырождение и тем самым значительно продлить жизнь человека? Этот вопрос чрезвычайно сложен. Сейчас нет пока реальных подходов к этой проблеме. И это вызвано скорее не фантастичностью самой задачи, а тем, что мы еще очень и очень мало знаем о процессах, проходящих в клетках, о ее энергетических ресурсах, о ее генах. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является материальным носителем наследственности. ДНК регулирует синтез ферментов, создавая их первичную, вторичную и третичную структуру. Этот синтез осуществим через посредничество рибонуклеиновой кислоты (РНК). Изменения в ДНК, как сказано выше, вызовут изменение структуры синтезируемого фермента.
Однако не каждое воздействие на ДНК приводит к изменению структуры фермента. Более того, сама природа как бы постаралась защитить от каких-либо воздействий носитель наследственности.
В ядрах спермиев находят так называемые нуклеопротамины, которые представляют собой комплекс ДНК и белка протамина (у рыб) или гистона (у высших животных). Этот комплекс достаточно прочный. Следует считать, что появление протаминов и гистонов в процессе эволюции, очевидно, не случайно, поскольку эти белки, вплетенные в ДНК, улучшают пространственную упаковку молекулы.
Подобная стабилизация молекулы, несомненно, привела к лучшему закреплению заложенной в ней информации.
Таким образом, сама природа в ходе эволюции показывает возможность предохранения наследственной информации от разрушающего действия мутагенов. Как этого будет достигать человек, сейчас сказать трудно. Но мечта о победе над старостью, над увеличением продолжительности человеческой жизни будет вечно жива в людях.
В повести «Бунт тридцати триллионов» поднимается еще целый ряд интересных научных и философских вопросов.
Так, фантастическая реализация химической памяти, заключенной в клетках человеческого тела, происходящая в церебротроне, имеет своим достаточным научным основанием изящные эксперименты биолога Макконела с червем — планарией (об этих экспериментах можно прочесть в четвертом номере журнала «Наука и жизнь» за 1963 год).
Решение этих вопросов принадлежит науке будущего, она откроет перед человечеством новые возможности и блестящие перспективы. Но фундамент будущих открытий закладывается в наши дни.
В. Шибнев, кандидат химических наукВозможно ли?
ТАЙНА КАШАЛОТА
14 августа. 1884 года лондонская «Таймс» поместила небольшую заметку. Это было первое сообщение о нападении кашалота на подводный кабель связи. С тех пор прошло немало лет, и работников кабельных судов, точно так же, как и океанологов, уже не удивляют проделки исполинских млекопитающих.
Чем же объяснить такое странное поведение кашалотов? Многие мили проплывают они над самым дном в поисках добычи. И вдруг животное замечает длинного «морского змея». Вероятней всего, киты начинают принимать кабель за щупальца извечного своего врага — гигантского кальмара. Кашалот бросается в атаку. Захватив кабель нижней челюстью, он пытается сначала раскусить его, потом разорвать. Но не тут-то было. Морской кабель связи — вещь чрезвычайно прочная. Кашалот рвется вверх, в стороны, вздымает облака мути и окончательно запутывается в кабеле. Лишь однажды колоссальному кашалоту длиной в двадцать один метр удалось разорвать кабель.
