Роберт Сапольски - Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

Производство гормонов типа нейромедиаторов «стоит» дешево, они так специально устроены. Ведь для их синтеза полно предшественников – будь то простые белки либо холестерол [547], – да и требуется всего несколько биохимических шагов. При этом в теле синтезируются несколько разных типов гормонов из одного предшественника. К примеру, многие стероидные гормоны построены на основе холестерола.

Теперь рассмотрим вкратце, какие бывают рецепторы гормонов. Они выполняют примерно ту же работу, что и рецепторы нейромедиаторов. Для каждого типа гормонов имеется свой рецептор [548]со специфически вогнутым местом (сайтом) связывания, комплементарным форме молекулы гормона. Извлечем из памяти уже знакомую по нейромедиаторам метафору ключа и замка и приложим ее теперь к гормонам, она и здесь будет кстати. Как и рецепторы нейромедиаторов, рецепторы гормонов тоже не бесплатны. Ведь различные стероидные гормоны композиционно схожи. Поэтому, чтобы реагировать адекватно на их небольшие структурные различия, рецепторы должны быть подогнаны очень точно и тонко, мы ведь не хотим , чтобы они то и дело путали эстроген и тестостерон.

Вот еще одно сходство гормонов и нейромедиаторов. Подобно рецепторам нейромедиаторов, сродство рецепторов к гормонам может варьировать. Это означает, что форма сайтов связывания чуть-чуть изменяется, из-за этого гормон встраивается в сайт связывания более или менее удобно, тем самым усиливая или ослабляя эффект гормонального действия. В каждой клетке-мишени того или иного гормона число рецепторов к нему тоже не постоянно; сдвигая его в ту или другую сторону, можно повысить или понизить чувствительность клетки к гормону. Число рецепторов даже не менее важно в этом смысле, чем уровень самого гормона: есть эндокринные болезни, когда уровень гормона в норме, а рецепторы к нему мутантные, потому-то гормональный сигнал не достигает цели. Уровень гормона можно сравнить с громкостью голоса говорящего, а количество и качество рецепторов – с остротой и чуткостью слуха у собеседника.

И наконец, гормональные рецепторы, как правило, имеются только в определенных группах клеток и тканей тела, и только эти группы восприимчивы к гормону. Например, у головастиков лишь в клетках хвоста есть рецепторы к тироидному гормону, запускающему процесс клеточного отмирания. Далее, при некоторых типах рака молочной железы появляются клетки, имеющие рецепторы эстрогена, в результате они начинают расти и делиться в ответ на действие этого гормона.

Итак, мы ознакомились с тем, как гормоны влияют на функционирование клеток-мишеней; временной масштаб их влияния – это часы и дни. Особенно сильно влияние гормонов сказывается в периоды внутриутробного развития и раннего детства, что мы предметно обсуждали в главе 7. Гормоны, в частности, играют «организующую» роль при формировании мозга, т. е. определяют, как мозг «собран». А в роли «активаторов» их влияние длится не столь долго – от нескольких часов до нескольких дней. Две эти роли взаимосвязаны: результаты действия гормонов-организаторов на эмбриональный мозг создают базу для последующей работы гормонов-активаторов уже во взрослом возрасте.

Вот теперь можно вернуться обратно к основному тексту, где разобрано действие конкретных гормонов.

Белки – это самый многочисленный класс органических молекул живых организмов. Белки исключительно важны, потому что из них построено великое множество гормонов, нейромедиаторов, молекул-посредников иммунной системы. Из белков состоят и рецепторы, отвечающие на все эти сигналы, и ферменты, необходимые для их же синтеза и разложения [549], и специальные каркасы, служащие для придания клетке определенной формы, и т. д.

Главное свойство белка – это форма, потому что именно она предопределяет его функцию. Белки, которые строят клеточный каркас, имеют вид перекрещивающихся балок и расположены в точках клеточной сборки (ну, примерно так). Если два белковых гормона выполняют разные функции, то они должны различаться по форме. А белковый рецептор в свою очередь должен иметь вид, комплементарный молекулам своего гормона или нейромедиатора (вспомним введенную в приложении 1 знаменитую формулу «ключ к замку», т. е. посредник, например гормон, должен подходить к рецептору именно таким образом).

Некоторые белки меняют свою форму, обычно переключаясь с одной конформации на другую и обратно. Предположим, есть фермент (опять же белок), который синтезирует молекулу сахарозы, связывая вместе молекулы глюкозы и фруктозы. У этого фермента должна быть конформация, напоминающая букву V ; один ее конец связывается с глюкозой под определенным углом, а другой – с фруктозой. Когда обе молекулы оказываются в «двух руках» фермента, то он переходит в другую конформацию, в которой обе руки V сдвигаются; и тогда молекулы глюкозы и фруктозы связываются вместе. Получившаяся сахароза открепляется от фермента, и он возвращается к исходной конформации.

Что определяет форму и функции белка? Каждый белок состоит из цепочки аминокислот. В построении белков участвуют около 20 различных аминокислот, сюда входят и некоторые уже известные нам, например триптофан и глутамат. Каждая цепочка аминокислот одного белка отличается от аминокислотной последовательности любого другого белка, примерно как слова различаются последовательностями букв. В типичном белке таких аминокислотных «букв» около 300, и если учесть, что «алфавит» составлен 20 аминокислотами, то получится число возможных белков порядка 10400 (т. е. число с 400 нулями), это больше, чем атомов во Вселенной [550]. От того, какова последовательность аминокислот, зависит, в какую форму/формы свернется белок. Принято считать, что эта последовательность определяет специфическую форму/формы белка. Однако выясняется, что на форму влияют и такие факторы, как температура и кислотность, иначе говоря, различные факторы среды.

А чем определяется последовательность аминокислот? Генами.

ДНК представляет собой еще один класс органических веществ, но если аминокислот в белках 20, то для построения ДНК предусмотрены лишь четыре «буквы» (они называются нуклеотидами). Последовательность из трех нуклеотидов (это т. н. кодон) кодирует одну аминокислоту. И если есть 4 типа нуклеотидов, то из них можно составить 64 кодона (4 нуклеотида на первой позиции × 4 на второй позиции × 4 на третьей = 64). Некоторые из этих 64 зарезервированы для обозначения конца гена; за вычетом этих «стоп-кодонов» для 20 аминокислот остается 61 кодон. Поэтому кодирование аминокислот характеризуется избыточностью нуклеотидного кода – на каждую аминокислоту приходится более одного кодона (в среднем 3, т. е. 61/20). Как правило, различные кодоны для конкретной аминокислоты различаются одним нуклеотидом. Например, для аминокислоты аланина отведены кодоны ГЦА, ГЦЦ, ГЦГ и ГЦТ [551], [552]. Избыточность кода важна для понимания эволюции на уровне генов.