Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Полинг описывает, как он впервые додумался до спирали, лежа в постели с простудой, которую схватил во время поездки в Оксфорд, куда его пригласили прочесть курс. Его основная статья об альфа-спирали вышла, наряду с рядом других его работ, в весеннем выпуске «Трудов Национальной академии наук» за 1951 г. Полинг уже знал, что пептидная связь в общем приближении плоскостная, главным образом потому, что он был более тесно знаком с органической физической химией, чем кембриджская троица. Он не пытался выстроить модель с целочисленным значением симметрии, а позволил моделям естественным образом сворачиваться в любую спираль, как им угодно. Кратность симметрии альфа-спирали оказалась равной всего 3,6 аминокислотным остаткам на один виток. Он также обратил внимание на статью Бэмборда, Хэнби и Хэппи, специалистов по полимерам, о рентгеновской дифракции на синтетическом полипептиде, где результаты вполне согласовывались с его моделью. Тот факт, что его модель не объясняла рефлекс [22] В оптике и смежных науках – изменение тона или увеличение силы окраски предмета, возникающие при отражении падающих лучей. – Примеч. ред . в 5,1 ангстрем на меридиане, он проигнорировал. Ирония судьбы заключалась в том, что Брэгг, Кендрю и Перуц, среди прочих моделей, сконструировали такую, которая по существу была альфа-спиралью, но они искорежили ее, бедную, чтобы добиться строго четверной кратности. Из-за этого модель выглядела слишком натянутой, да она такой и была.

Вскоре стало очевидно, что альфа-спираль Полинга была верным решением. Брэгг был в унынии. Он медленно поднимался по лестнице. (Когда у Резерфорда дела шли хорошо, он прыжками взлетал по лестнице, распевая «Вперед, воители Христовы» [23] Onward Christian Soldiers , гимн Армии спасения; изначально написан в Великобритании для школьников, участвовавших в крестном ходе, в 1865 г. Текст принадлежит пастору Сабину Баринг-Гулду, известному антиквару и фольклористу; каноническая мелодия написана Артуром Салливаном, знаменитым композитором викторианской эпохи. .) «Величайшая ошибка в моей научной карьере», – говорил Брэгг по этому поводу. Досаду усугубляло то, что не кто иной, как Полинг решил проблему, потому что Полингу уже случалось раньше уделать Брэгга. Перуц вспомнил, что однажды после его собственного семинара местный специалист по физической химии сказал ему, что пептидная группа должна быть плоской. Перуц даже сделал письменную заметку, но так и не использовал эти сведения. Не то чтобы они вовсе не пытались получить полезный совет – просто советы, которые они получали, порой оказывались неудачными. Например, Чарльз Каулсон, химик-теоретик из Оксфорда, сказал им в моем присутствии, что атом азота может быть «пирамидальным», что оказалось весьма ошибочной информацией.

Самолюбие Перуца несколько успокоилось, когда он обнаружил, что альфа-спираль должна давать яркий рефлекс на меридиане на расстоянии в 1,5 ангстрема, соответствующем высоте между последовательными звеньями спирали, и сумел подтвердить это [24] Речь идет о том, что один аминокислотный остаток дает отрезок в 1,5 ангстрем. Поскольку в одном витке спирали 3,6 остатков, то шаг витка составляет 1,5 × 3,6 = 5,4 ангстрем (а не 5,1; см. ниже). . Совместно с двумя другими кристаллографами, Владимиром Вандом из университета Глазго и Биллом Кохрейном из Кавендишской лаборатории, я занимался общими вопросами преобразований Фурье для последовательности атомов, расположенных на правильной винтовой линии, и мы с Кохрейном продемонстрировали, что расчеты вполне согласуются с картинкой рентгеновской дифракции для синтетического полипептида. Но в некоторых отношениях мы сами себе сыпали соль на раны.

Чем же тогда объяснялось обманчивое пятно на 5,1 ангстрем? Чуть позже я и Полинг независимо друг от друга додумались до правильного объяснения. Поскольку ось симметрии у них дробная, спирали не укладываются просто так в ряд бок о бок. Лучше всего они упаковываются, когда между ними есть небольшой угол, и, если они слегка искривлены, это дает двойную намотку – то есть две или три спирали, уложенные в ряд, но медленно наматывающиеся друг на друга [отличный пример того, как слабое взаимодействие нарушает симметрию]. Эта дополнительная намотка отбрасывала проекцию рефлекса в 5,4 ангстрем, смещенного от меридиана, на меридиан в 5,1 ангстрем.

Можно возразить, что, поскольку альфа-спирали встречаются почти исключительно в молекулах живой материи, модель полипептидного остова не стоит отбрасывать лишь потому, что она некрасива. Я бы предпочел сказать, что в силу своей молекулярной простоты базовая альфа-спираль стоит ближе к физической химии, чем к биологии. На этом уровне у эволюции не так много возможностей для выбора. Только когда мы переходим к боковым цепочкам и многообразным способам, которыми способна укладываться длинная полипептидная цепь, становится возможным огромное многообразие структур. Тогда простота уступает сложности. Элегантность, если таковая существует в природе, может быть не столь очевидной, и то, что поначалу кажется натянутым или даже безобразным, может быть наилучшим решением, на которое способен естественный отбор.

Эта история провала наших коллег, упустивших открытие альфа-спирали, произвела глубокое впечатление на нас с Джимом Уотсоном. Из-за нее я стал доказывать, как важно не слишком полагаться на единичный факт экспериментальных данных. Он может ввести в заблуждение, как, несомненно, это произошло с рефлексом 5,1 ангстрем. Джим высказывался немного резче, утверждая, что ни одна хорошая модель никогда не объясняла всех фактов, поскольку часть данных всегда обречена быть обманчивой или вовсе неверной. Теория, которая объясняла бы все данные, неминуемо будет «обтесанной» под них и потому подозрительной.

Иногда утверждают, будто Полингова модель альфа-спирали или его ошибочная модель ДНК вдохновили нас на идею, что ДНК – спираль. Это весьма далеко от истины. Тема спиралей витала в воздухе, и нужно было отличаться либо тупоумием, либо крайним упрямством, чтобы не подумать о спиральных линиях. Если Полинг чему-то и научил нас, то лишь тому, что точное и тщательное моделирование может содержать ограничения, с которыми в любом случае придется увязывать конечный ответ. Иногда таким образом можно получить верное представление о структуре, используя лишь минимум прямых экспериментальных данных. Таков был урок, который мы усвоили и которым пренебрегли Розалинда Франклин с Морисом Уилкинсом, пытаясь расшифровать структуру ДНК. Плюс необходимость не выдвигать таких посылок, которые нельзя время от времени подвергать сомнению. Следует также добавить, что у нас с Джимом была высокая мотивация добиться успеха, пусть мы и подходили к задачам нестрого; мы замечали успех с первого взгляда и быстро соображали, какие уроки можно извлечь как из побед, так и из поражений.