Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК - Ховард Маркел Страница 20

этот крепкий орешек – додумался, как устроены белки. Позднее он объяснил свое необычное открытие обычной простудой (которую, как он стал считать впоследствии, можно вылечить ударными дозами витамина С){275}. Простуда переросла в синусит, обрекший его на заключение в четырех стенах «негодной» квартиры, предоставленной ему как истмановскому профессору. «В первые пару дней, – вспоминал Полинг, – я читал детективы и просто старался не хандрить, но заскучал и подумал: почему бы не поразмыслить о структуре белков?»{276} Он встал с кровати, взял бумагу и карандаш и начал рисовать различные возможные структуры. Полинг пришел к мысли, что в белковой молекуле необходим своего рода скелет, опорная конструкция для химических группировок, определяющих биологическую активность данного белка. Он принялся складывать лист бумаги в разные формы: тетраэдр, телескопическую трубку и, наконец, после многократных попыток и поисков, в узнаваемую, хотя и несовершенную спиральную модель. Десятилетия спустя Полинг отметил: «Я тогда и думать забыл о простуде, так увлекся»{277}. Однако поначалу ему не удалось сообразить, как заложить в модель расстояние между двумя соседними изгибами цепочки в точном соответствии с интервалом в 510 пикометров, установленным Астбери по рентгенограммам. На это ушло еще три года кропотливой работы. Задержка объяснялась не только ограничениями имевшихся в распоряжении Полинга лабораторных методов, но и необходимостью отвлекаться на организационную деятельность, обучение сотрудников, разработку новых экспериментов, написание статей и чтение лекций.

Полинг, помимо описанной выше магистральной линии, вел исследования и в других направлениях. Так, он показал, что серповидноклеточная анемия имеет причины на молекулярном уровне. Применив метод электрофореза, Полинг с коллегами продемонстрировали, что малое изменение электрического заряда гемоглобина из-за замены всего одной аминокислоты на другую в составе этого белка вызывает клиническую картину, печально известную больным серповидноклеточной анемией и их лечащим врачам. Теперь известно, что эта аминокислотная замена обусловлена точечной мутацией, то есть заменой одного нуклеотида в гене, который кодирует β-цепь гемоглобина, расположен в 11-й хромосоме и наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Гемоглобин с измененным электрическим зарядом аномален: его молекулы собираются в длинные тяжи, из-за чего эритроциты приобретают серповидную форму и преждевременно разрушаются; поврежденные клетки слипаются и прилипают к стенкам кровеносных сосудов, блокируя ток крови, что вызывает сильные боли вплоть до тяжелого состояния, называемого вазоокклюзивным кризом{278}. Открытие Полинга не только явилось существенным достижением в химии белков, но и положило начало пониманию причин заболеваний на молекулярном уровне. А в 1968 г. Полинг опозорил свое имя чудовищной евгенической идеей – препятствовать носителям гена серповидноклеточной анемии и больным этой болезнью иметь детей: «Нужно делать им в молодости татуировку на лбу, свидетельствующую о присутствии гена серповидноклеточной анемии, чтобы носители дефекта не вступали в связь друг с другом»{279}.

Полинг был не единственным крупным ученым, рассчитывавшим покончить с загадкой белка. Уильям Лоуренс Брэгг и его сотрудники Макс Перуц и Джон Кендрю в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета немало лет упорно, но почти безрезультатно бились над структурой сложных белков. В отличие от Полинга, который шел от компонентов белков, групп атомов, затем аминокислотных остатков к предсказательной модели общей структуры и затем сравнивал ее с рентгенограммами, группа Брэгга начала с анализа рентгенограмм цельных белковых молекул, то есть взялась за задачу с другого конца. Это была настолько муторная работа, что Макс Перуц жаловался: «Множество ночей сна урывками, труднейшие измерения интенсивности тысяч рефлексов до черных точек в глазах нисколько не приблизили меня к разгадке строения гемоглобина, и я потратил часть лучших лет своей жизни на попытки решения задачи, которая представлялась неразрешимой»{280}. Несмотря на разочарование, к 1950 г. Брэгг, Кендрю и Перуц сочли, что собрали достаточно данных, чтобы оспорить мнение Полинга, и в октябрьском номере журнала Proceedings of the Royal Society of London опубликовали статью «Конфигурации полипептидной цепи в кристаллизованных белках»{281}. Полинг, как только номер оказался у него в руках, к своей радости, увидел, что Брэгг и его коллеги вовсе не решили головоломку. Они лишь рассмотрели все предполагаемые варианты структуры полипептидной цепи и, исчерпав этот список, присоединились к ошибочной гипотезе Астбери, согласно которой волокна кератина имеют форму складчатой изгибающейся ленты.

У Полинга была припасена более сильная карта. Вместе с Кори и работавшим с ними в течение 1948/49 академического года физиком Германом Брэнсоном из «черного» Университета Ховарда[32] Полинг выдвинул гипотезу спиральной структуры белковых молекул, согласовавшуюся с имевшимися данными о длинах и углах связей между атомами аминокислотных остатков, составляющих полипептидную цепь. Опираясь на результаты своих экспериментов, Полинг предположил, что пептидная группа – группа атомов, образующих соединение между аминокислотными остатками, – является плоской, стабильной и жесткой. Это означает, что атомы, образующие пептидную связь, лежат в одной плоскости; связь между ними имеет частично двойной характер, поэтому отсутствует вращение вокруг связи. Полинг, Кори и Брэнсон предложили структуру с максимально возможным числом водородных связей между витками спирали. Эти умозаключения привели к предположению о существовании двух основных типов структуры белков: α-спирали и β-слоя. Теперь известно, что они – основа молекулы любого белка{282}. В 1951 г. Полинг и его коллеги опубликовали свои результаты и выводы в цикле из восьми статей в апрельском и майском номерах Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) за текущий год{283}. В следующее десятилетие многочисленные исследования методом рентгеноструктурного анализа подтвердили его теорию.

В Кавендишской лаборатории, где все боялись проиграть в гонке за успех Лайнусу Полингу, в тревоге читали его статьи. Брэгг болезненно воспринял это публичное доказательство своей неправоты. В 1963 г. он выступил с лекцией «Как не был раскрыт секрет белков», в которой признал ошибочность своей статьи 1950 г.: «Мне она всегда казалась самой непродуманной и неудачной из всех работ, в которых я когда-либо участвовал»{284}. Полинг, казалось, всегда был на шаг впереди остального научного сообщества.

[8]

Всезнайка

Рвущийся к делу, как пес, с разинутой пенистой пастью;

хитрый, словно дикарь, закаленный борьбою с пустыней,

Простоволосый,

Загребистый,

Грубый –

Планирует он пустыри,

Воздвигая, круша и вновь строя…

Смеясь буйным, хриплым, горластым смехом юнца;

полуголый, весь пропотевший, гордый тем, что он –

свинобой, машиностроитель, хлебный ссыпщик,

биржевой воротила и хозяин всех перевозок.

КАРЛ СЭНДБЕРГ. ЧИКАГО[33]{285}

Подобно Оги Марчу, в котором Сол Беллоу изобразил себя[34], Джеймс Дьюи Уотсон был американцем из Чикаго, твердо решившим поставить собственный рекорд: стать первым, кто пробился, кого признали; и пробивался – иногда безобидно, а иногда не очень-то безобидно{286}. Он появился на свет 6 апреля 1928 г. в неоготическом здании больницы Св. Луки в районе Саут-Сайд в Чикаго. С самого рождения и всю жизнь его называли Джимом. Уотсон очень любил рассказывать истории о своих предках – колонистах и пионерах прерий, прокладывавших дорогу «американскому эксперименту»[35]. Один из них, по имени Уильям Уэлдон Уотсон, родился в Нью-Джерси в 1794 г. и стал священником первой баптистской церкви к западу от Аппалачей в городе Нэшвилл (штат Теннесси). Его сын, Уильям Уэлдон Уотсон – второй, отправился на север, в Спрингфилд в штате Иллинойс, где спроектировал дом для угрюмого долговязого адвоката, которого звали Авраамом Линкольном. Уотсоны и Линкольны жили через улицу друг от друга. Когда Честного Эйба пригласили в Вашингтон, чтобы занять пост президента Соединенных Штатов, Уильям Уотсон – второй, его жена и сын Бен поехали вместе с Линкольнами на инаугурационном поезде. Сын Бена Уильям Уотсон – третий владел гостиницей близ Чикаго. Один из пяти сыновей Уильяма Уотсона – третьего, Томас Толсон Уотсон (дед Джима), искал удачу в районе «железного хребта» Месаби, где было открыто крупное месторождение железной руды возле города Дулут в штате Миннесота на западном берегу Верхнего озера{287}.

Отец Джима, Джеймс Дьюи Уотсон – старший, учился в бесплатной государственной школе в чикагском пригороде Ла-Гранж и в Оберлинском колледже, где провел всего год и был отчислен из-за скарлатины. Он достаточно восстановил здоровье, чтобы пойти в армию, и в Первую мировую войну служил год во Франции в рядах 33-го подразделения Национальной гвардии Иллинойса. Вернувшись в Чикаго, Джим-старший простился с надеждами стать школьным учителем и в конце концов нашел работу сборщика оплаты заочных курсов Университета имени Ла Саля, где давали дистанционное образование в сфере бизнеса{288}. Но у него никогда не лежало сердце