Лука Турин - Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства

Ответ звучит так: мембрана представляет собой маслянистый слой толщиной в две молекулы, напоминая этим мыльный пузырь, только, конечно, устойчивый в воде. Он образует неразрывный покров вокруг каждой клетки. В мембране плавают белки, специально предназначенные для этой цели, т. е. такие, кому нравится всем телом находиться в масле, чтобы голова, руки и ноги при этом находились в водной среде, соответственно, снаружи и внутри клетки. Вот такие белки и работают как рецепторы. Белок-рецептор захватывает руками то, что снаружи, и шевелит ногами, сообщая клетке, что пришло сообщение. Клетка реагирует должным образом: перестает выделять сахар.

Как уже говорилось, все белки, включая, разумеется, рецепторы, представляют собой химические ожерелья из бусинок, свернутые в клубок. Бусинки этого ожерелья бывают двадцати разных цветов, а само ожерелье создается маленьким устройством, которое и само по себе является белком: оно начинает с одного конца и выдавливает одну бусинку за другой. Каждый вид белков имеет свою уникальную последовательность бусинок. Для тех из нас, кто привык, что механизмы собираются из отдельных частей, такой способ создания объектов покажется несколько странным. Словно все детали вашего автомобиля развешены на одной бельевой веревке. Но белки строятся именно таким образом, потому что чертеж для каждого белка записан на химической телеграфной ленте, которая называется рибонуклеиновой кислотой, или РНК, где указаны красный, синий, желтый, белый и остальные шестнадцать цветов. Эта телеграфная лента, в свою очередь, поступает из крупного телеграфного агентства, именуемого геномом. Один ген, один кусок телеграфной ленты, один белок.

После того как двадцать лет назад выяснилось, что клетки используют указания генов для создания адреналиновых рецепторов, начался поиск других рецепторов. Для этого создавали короткие искусственные участки гена и начинали «вылавливать» соответствующие им участки в геноме. Это удалось, потому что наши гены состоят из двух комплементарных цепочек, поэтому при делении клетки каждая получает одну, после чего выстраивает другую для полного соответствия. Вскоре стало понятно, что части сообщения адреналинового рецептора появляются в телеграфной ленте другого рецептора, словно рецепторы, которые чувствуют адреналин, сообщают клеткам, что надо быстро приступать к действиям. На самом деле, части телеграфной ленты адреналинового рецептора встречаются в самых разнообразных рецепторах, а также в более отдаленно связанных с ними веществах, типа белка родопсина, красного белка, который улавливает свет в сетчатке глаза. Понять родственность объектов можно, сравнивая тексты на кусках телеграфной ленты, которые и представляют собой рецепторы. Как элегантно выразился Мэтт Ридли, эволюция — это игра в испорченный телефон. Каждый раз, когда повторяется текст на телеграфной ленте, в перевод закрадываются ошибки. Как в испорченном телефоне, иногда сообщение от этого становится интереснее или, по крайней мере, более приемлемым для ситуации, в которой оказывается ген. В других случаях искаженные фразы оказываются не полезными, а бессмысленными или даже вредными, и животное умирает или не в состоянии продолжить род.

Сейчас стало легко читать эти генетические телеграфные ленты, и компьютерные программы в состоянии сравнивать их между собой, вычислять, насколько они близки, и восстанавливать, что было в самом начале испорченного телефона. Например, если у вас есть три текста стихотворения, два из которых отличаются на одно слово, а третье — на два, их можно попробовать выстроить в хронологической последовательности, если есть другие подсказки (например, одно находится в примитивном организме, а другое — в современном). Из одних сообщений на телеграфной ленте можно выстроить эволюционное генеалогическое дерево, что удобно, потому что в таком случае не надо мучительно пересчитывать ноги креветки или разглядывать клювы вьюрков — это сделает за вас компьютер. Но серьезная проблема в том, что сообщения на телеграфной ленте не скажут вам, как устраиваются фрагменты белков в отношении друг друга, когда белок уже создан и расщепился. Чтобы представить себе законченный продукт, его нужно измерить, а это не так-то просто; для этого нужно создавать кристаллы самого белка.

Кристаллография, вероятно, наименее интуитивная из всех дисциплин, составляющих биологию, и те, кто ей занимается, посвящены в едва ли не самое колдовское знание, востребованное в любой научной области. Это смесь священных эмпирических способов (потереть бороду над блюдцем для начала роста кристаллов — типичный трюк) и глубоких математических теорий. Мой дядя — известный кристаллограф, и грифельная доска в его аскетичном кабинете всегда испещрена тройными интегралами — необычное зрелище для науки о жизни. Если методы трудны для понимания, то результаты сенсационно ясны. Кристаллографы получают, попросту говоря, изображения белков, в которых можно разглядеть атомы.

Мы не можем просто посмотреть на белки в микроскоп, потому что световые волны просто слишком велики, чтобы разглядеть столь мелкие объекты. Представьте, к примеру, что вы смотрите на волны, набегающие на пляж. Трудно допустить, что в море какое-то небольшое надувное устройство может повлиять на их поведение, а вот большое судно способно произвести большой эффект на прибой. Точнее говоря, размер судна должен быть сопоставим с размером волн, чтобы на них подействовать. То же самое относится к свету, и поэтому в микроскоп невозможно увидеть предметы меньше минимальной длины волны видимого спектра, а это примерно 0,5 микрон.

Достаточно короткие длины волн относятся уже к области рентгеновского излучения, но, к сожалению, рентгеновские лучи беспрепятственно проходят сквозь предметы, поэтому они так полезны в медицине. Вот почему нужно использовать кристаллы. Основной принцип кристаллографии понять нетрудно: он называется «дифракция». Представьте себе световые волны, идущие на непрозрачный объект с двумя щелями. Каждая щель становится фокальной точкой для кольцеобразных волн, которые от нее распространяются.

Поскольку конкретная волна, идущая слева, попадает в две щели одновременно, выходящие из щелей волны будут синхронизированы. Посмотрите на узор, который образуют эти волны: если две вершины или две впадины совпадают, они удваиваются; если вершина совпадает с впадиной, они взаимоуничтожаются. И на выходе, так сказать, на пляже, вы видите равномерную структуру: где набегающая волна сменяется затишьем через каждые несколько метров.