Этот правый, левый мир

Молекулы белка состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота и (часто, но не всегда) серы. Это самые большие, самые сложные молекулы. Даже относительно простые белковые соединения содержат по тысяче атомов или около того, а молекулы-гиганты насчитывают и по сотне тысяч атомов, а есть и сверхгиганты, «миллионеры»! Каждая молекула состоит из четко выделенных звеньев, называемых аминокислотами, которые соединяются в цепь. Эти гигантские молекулы, состоящие из большого числа частей, каждую из которых можно саму считать отдельной молекулой, называются полимерами. Известно около двадцати видов аминокислот. Все они асимметричны и могут появляться в правой и левой формах. Если аминокислота синтезируется в лаборатории, она получается в виде рацемической смеси левого и правого типов, но аминокислоты, входящие в состав белков живых существ, всегда, за редким исключением, левые. Но это еще не означает, что они обязательно вращают плоскость поляризации света против часовой стрелки. На оптическую активность аминокислот влияют и их боковые цепи. Все «живые» аминокислоты — левые в смысле расположения атомов, окружающих углерод, но некоторые из них вращают плоскость поляризации по часовой стрелке благодаря строению своих боковых цепей (цепочек атомов, прикрепленных к углероду).

Аминокислоты всех природных белков являются левыми. Кроме этих составных частей, у каждой белковой молекулы есть еще спиральный «хребет», называемый иногда полипептидной цепочкой. Он представляет собой просто цепь аминокислот. У каждой молекулы аминокислоты на одном конце располагается аминогруппа, на другом — карбоксильная. Когда «стыкуются» два разноименных конца, то удаляется одна молекула воды — атом водорода с аминогруппы и по атому кислорода и водорода с карбоксильной группы. Возникающие после этого электрические силы «сваривают» стыки, образуя так называемое пептидное соединение. Каждая молекула левой аминокислоты изгибает в ту же левую сторону весь каркас белковой молекулы, подобно тому как асимметричные ступени, надстраиваемые одна за другой, образуют спиральную лестницу. В результате каркас закручивается в спираль, изображенную на рис. 39. Она называется альфа-спиралью. Лайнус Полинг и Роберт Кори из Калифорнийского технологического института первыми открыли существование этой геликоидальной структуры и дали ей название. Со времени появления их работы в начале 50-х годов альфа-спираль обнаружили в стольких белках, что биохимики теперь считают ее характерным признаком всех гигантских белковых молекул.

Рис. 39. Модель полипептидной цепочки, отражающая спиральность ее каркаса.

Но как все-таки правильнее называть альфа-спираль — правой или левой? Если смотреть на нее с любого конца, то видно, что спиральная нить приближается к смотрящему, закручиваясь влево, то есть против часовой стрелки. Поэтому ее можно называть левой спиралью, что многие биохимики и делают по аналогии с названиями, которые даются вьющимся растениям. (В гл. 7 мы уже обсуждали терминологическую путаницу, существующую в этом вопросе.) С другой стороны, именно такую спираль мы видим в обычном штопоре или шурупе, но там она называется правой резьбой. Кроме того, в кристаллических структурах типа кварца и киновари существование спиральности именно этого типа приводит к вращению плоскости поляризации вправо, по часовой стрелке. По этой причине биохимики называют альфа-спираль правой. Слова о том, что левая аминокислота заставляет белковую молекулу свиваться в правую спираль, сбивают, естественно, с толку. Но тут дело, конечно, только в словах, и причину путаницы легко понять. Важно то, что почти все белки животного происхождения имеют спиральный каркас одного типа.

Во многих частях организма под воздействием альфа-спирали волокна тканей свиваются в ту же правую сторону, образуя так называемые витые пружины. Так, например, волокна сухожилий состоят из молекул, образованных тремя альфа-спиралями, свитыми в одну тройную пружину. Десять таких пружинок, скручиваясь, образуют спираль еще большего диаметра. Эти большие спирали снова скручиваются между собой. Процесс повторяется на все более и более «высоком уровне», пока не образуются крупные спиральные волокна, различимые уже в обычный микроскоп. Другие виды правых витых пружин можно обнаружить в волокнах волос, шерсти, в роговом веществе, в «жгутике» у бактерий (тонкий отросток, с помощью которого бактерия передвигается в жидкости). В следующей главе мы увидим, что правая спираль является также составной частью нуклеиновых кислот — углеродных соединений, которые в жизненных процессах играют, пожалуй, еще более важную роль, чем белки.