От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера

Значит, правильно выстроенной в линию последовательности аминокислот еще недостаточно для проявления биологических свойств белков или пептидов. Молекула белка в клетке должна иметь какое-то дополнительное свойство, которое и позволило бы ей выполнять свою биологическую функцию. Это свойство заключается в способности принимать вполне определенную пространственную структуру, называемую также конформацией. Более того, именно конформация молекулы белка определяет его функцию в клетке.

Змейка Рубика: кошка, кобра, собака

Некоторое представление о том, что такое конформация, можно получить на примере распространенной детской игрушки — змейки Рубика. Она составлена из двадцати четырех одинаковых элементов — призм треугольного сечения, — причем соседние призмы соединены шарнирами, которые позволяют поворачивать разные части змейки друг относительно друга. При определенном навыке из линейной змейки, вытянутой в длину, можно построить более сотни различных двумерных и трехмерных фигурок: кота, кобру или, скажем, собаку.

Каждая из этих фигурок — специфическая пространственная структура змейки Рубика. И каждая имеет свой смысл, несет свою информацию: кошку не спутаешь с коброй или с собакой. В линейной цепочке эта информация содержится лишь в скрытом виде; чтобы она проявилась, одномерную змейку надо свернуть в трехмерную структуру, притом организованную вполне однозначным образом.

В белковых последовательностях не двадцать четыре, а сотни элементов-аминокислот, и не одинаковых, а разных — двадцать возможных типов. И различных фигурок-конформаций из них можно представить себе десятки тысяч. Но удивительным образом в живой клетке для всех молекул белка с одной и той же аминокислотной последовательностью реализуется только одна уникальная пространственная структура. Именно по этой конформации данный белок «узнают» другие молекулы в клетке, и с этого узнавания начинаются все биохимические реакции с его участием.

Конформация, о которой идет речь — ее называют нативной, то есть естественной, — существует в определенных условиях: в водном растворе заданной кислотности при температуре обычно не выше 42-45 °С и нормальном давлении. Если же условия изменяются — например, температура повышается до уровня кипения воды, — изменяется и эта конформация; точнее, она ломается. Белковая цепочка принимает другие пространственные структуры, но они уже не способны выполнять биологические функции белка, потому что остальные молекулы клетки их не узнают. Налаженная система взаимодействий внутри клетки прерывается, и жизнь прекращается: из крутого пасхального яйца цыпленок не вылупится.

Рассказ о том, что биологические функции белков и пептидов связаны с их пространственной структурой, можно было начать еще раньше, когда речь шла об основах химии пептидов. Для этого схематическую формулу аминокислоты пептидной цепочки следовало переписать вновь, но уже чуть-чуть по-другому:

чтобы стало понятней, что центральные атомы углерода (С) обладают, как говорят химики, четырьмя заместителями, причем все заместители у них разные. Каждый из них присоединен к атому С стерженьком, символизирующим валентную связь.

Но расположены заместители вокруг центрального углерода не так, как это изображено в «плоской» схематической формуле. На самом деле они размещены не в плоскости, а в пространстве, по вершинам тетраэдра — четырехгранника с треугольными гранями, — в центре которого находится атом углерода. Если теперь, с учетом сказанного, представить себе, что треугольник H₂

N—С—СООН лежит в плоскости книжной страницы, то боковая цепь R и атом водорода Н неизбежно должны выходить из нее. При этом возможны два варианта, которые выглядят как показано на рисунке ниже.

Эти варианты строения аминокислоты не отличаются друг от друга ни молекулярной массой, ни химическими особенностями, ни затратами энергии, необходимыми для их синтеза, — решительно ничем, кроме оптических свойств. И тем не менее в живой природе синтезируется исключительно одна из этих пространственных форм, именно первая из изображенных, называемая «левой» аминокислотой. Ее энантиомер, «правая» аминокислота, хоть и встречается изредка в природных пептидах и белках, но только как результат действия ферментов, меняющих местами группы R и Н уже после включения аминокислоты в пептидную цепь.

«Левые» и «правые» аминокислоты