Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Именно трехмерная структура молекулы фермента делает его катализатором, служа точной — хотя и в меру гибкой — литейной формой, идеально подогнанной для того, чтобы другие молекулы попадали в нее и встречались друг с другом. В противном случае им пришлось бы уповать исключительно на случайное столкновение — вот почему ферменты так поразительно ускоряют химические реакции. Точность и отлаженность этого механизма — один из главных феноменов, благодаря которым возможно существование жизни, но тут возникает одна проблема. Сворачиваясь, молекула фермента нередко может принимать различные формы, а нужна обычно только какая-то одна. Многие миллионы лет естественный отбор занимался не в последнюю очередь тем, что искал «решительные» и «упертые» молекулы, «предпочитающие» сворачиваться строго определенным образом. Ведь молекулы, которые могут принимать альтернативные формы, бывают причиной трагедий. Коровье бешенство, почесуха овец и их человеческие аналоги куру и болезнь Крейтцфельдта — Якоба вызываются прионами, особыми белками, имеющими две различные формы. Как правило, эти белки сворачиваются в одну из двух возможных конфигураций и в таком виде выполняют свою полезную работу. Но иногда они принимают другую, альтернативную форму. И тогда случается страшное. Присутствие одной-единственной нестандартной молекулы белка провоцирует остальные молекулы тоже перейти в новую «секту». Эпидемия белков неправильной формы распространяется по организму в соответствии с принципом домино. Одна такая аномальная молекула может попасть в другой организм и запустить там новую цепную реакцию. Результат — смерть от того, что мозг становится пористым, словно губка, так как белок, принявший альтернативную форму, не способен выполнять свои обычные функции.

Когда прионы были открыты, это вызвало некоторое замешательство, поскольку они распространяются подобно самовоспроизводящимся вирусам, будучи при этом белками, — а белки считаются неспособными к самовоспроизведению. Любой учебник по биологии скажет вам, что изготовление своих собственных копий — эксклюзивная привилегия полинуклеотидов (ДНК и РНК). Однако прионы можно назвать самовоспроизводящимися только в том специфическом смысле, что одна деформированная, «бракованная» молекула «подстрекает» своих уже существующих соседок принять ее конфигурацию.

В иных случаях ферменты, которые умеют переходить из одной формы в другую, используют эту способность во благо. Ведь переключаемость — это, в конце концов, основное свойство транзисторов, диодов и прочих высокоскоростных электронных вентилей, производящих компьютерные логические операции: «ЕСЛИ», «НЕ», «И», «ИЛИ» и им подобные. Существуют так называемые аллостерические белки, которые переключаются из одного состояния в другое на манер транзисторов: не «привлеченные» соседями к распространению инфекции, как это происходит у прионов, а только ЕСЛИ возникают некие приемлемые биологические условия И НЕ при определенных иных условиях. Родопсин — один из таких белков-«транзисторов», приносящих пользу своим умением переходить из одной альтернативной конфигурации в другую. Он, подобно фотоэлементу, «переключается» тогда, когда на него попадает свет. А после непродолжительного периода регенерации снова принимает исходную форму. В одном из двух своих возможных состояний он является мощным катализатором, в другом же — нет. И когда свет вызывает его переключение в активную форму, это запускает специфическую цепную реакцию и стремительный круговорот молекул. Свет как будто открывает высоконапорный кран.

Конечным результатом получающегося химического каскада оказывается поток импульсов, передающихся в головной мозг через последовательность нервных клеток, каждая из которых представляет собой тонкую длинную трубку. Эти нервные импульсы — тоже не что иное, как химические преобразования с высокой скоростью катализа. Они распространяются вдоль тонких и длинных трубок, как искры по дорожкам из пороха. Каждая такая «искорка» дискретна и изолирована от остальных, поэтому они доходят до противоположного конца трубки в виде кратких отчетливых донесений. Частота, с которой эти нервные импульсы поступают — а их могут быть сотни в секунду, — представляет собой (в данном случае) закодированную информацию об интенсивности света, падающего на палочку или на колбочку. Пока речь идет об отдельной нервной клетке, сильная стимуляция от слабой отличается так же, как огонь скорострельного пулемета — от прерывистой стрельбы из винтовки.