Белок: стройматериал живого

Чтобы уяснить, почему восторжествовала метафора всевластия генов, нужно разобраться, как понимают ДНК те, кто их с таким рвением изучают.

В свое время химики-органики установили, что клетки состоят из очень крупных молекул четырех типов: полисахаридов (сложных Сахаров), липидов (жиров), нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белков. И хотя клетке необходимы все эти четыре типа молекул, наиболее важным их компонентом является белок. По существу, клетки представляют собой сооружения из ста тысяч белковых «кирпичей». И один из способов описания наших состоящих из триллионов клеток тел — представить их в виде белковых машин (надеюсь, вы уже поняли, что лично я считаю нас чемто большим, нежели машины!).

Давайте присмотримся к тому, как соединены друг с другом в наших клетках эти сто с лишним тысяч белков. Каждый белок представляет собой линейную цепочку связанных друг с другом молекул нуклеиновых кислот наподобие игрушечного детского ожерелья на втулках (см. рисунок).

«Бусины» в «ожерелье» белка — это молекулы одной из двадцати используемых клетками аминокислот. По правде говоря, при всей своей наглядности, аналогия с ожерельем не совсем верна, поскольку молекула каждой аминокислоты несколько отличается по форме. Так что ради точности нам придется сказать, что наше ожерелье помяли на фабрике.

А если быть еще более точным, следует принять во внимание то, что аминокислотный остов клеточного белка гораздо мягче и податливей детского игрушечного ожерелья, которое распадается, если его чересчур сильно перегнуть. Скажем так: структура аминокислотных цепочек в белках напоминает позвоночник змеи, позволяющий ей и вытягиваться в струну, и сворачиваться в клубок.

Благодаря гибким сочленениям (пептидным связям) между аминокислотами в белковой «змейке» белки могут принимать множество форм. То, какую из них примет такая «змейка», определяется преимущественно двумя факторами. Первый фактор — физическая структура белка, обусловленная последовательностью составляющих его бусинок-аминокислот (которые, как уже было сказано выше, немного отличаются друг от друга по форме). Второй фактор — взаимодействие положительных и отрицательных электрических зарядов на концах связанных друг с другом аминокислот. Благодаря такому взаимодействию, аминокислоты ведут себя как магниты. Одноименные заряды заставляют их отталкиваться друг от друга, в то время как разноименные — притягиваться. Как показано на рисунке вверху, гибкий остов белковой цепи легко принимает ту или иную форму, когда его аминокислотные «позвонки» поворачиваются и изгибают соединяющие их сочленения, чтобы уравновесить силы, возникающие изза имеющихся положительных и отрицательных зарядов.

Каждая из 21 аминокислоты, составляющих каркас белковой цепи, отличается собственной конфигурацией Обратите внимание на то, как отличаются друг от друга «ожерелье», собранное из одинаковых шариков, и «змейка», составленная из трубчатых сегментов различной формы

Молекулярные цепи некоторых белков бывают такими длинными, что для сворачивания им необходима «помощь» особых вспомогательных белков, называемых хаперонами. Неправильно свернутые белки, подобно людям с дефектами позвоночника, не могут функционировать должным образом. Такие белки клетка маркирует как подлежащие уничтожению; их аминокислотные цепи разлагаются на составляющие и заново собираются в процессе синтеза новых белков.

Белковые каркасы на рис. А и Б имеют одну и ту же последовательность аминокислот [трубчатых сегментов], но кардинально отличаются по своей форме. Вариации формы каркаса возникают изза поворота соседних сегментов в сочленениях относительно друг друга. Разные по форме аминокислоты поворачиваются относительно соединяющих их «сочленений» (пептидных связей!, изза чего аминокислотный каркас белка приобретает способность извиваться, как змея. Форма белков не задана жестко, но обычно они принимают дветри конкретные конфигурации. Какую же из показанных конфигураций, А или В, предпочтет наш гипотетический белок? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно принять во внимание то, что две концевые аминокислоты на своих концах заряжены отрицательно. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, конфигурация белка будет тем более устойчивой, чем дальше друг от друга они окажутся. Поэтому предпочтение будет отдано конфигурации А.