Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Читая в Университете Джорджа Мейсона курс научной грамотности для студентов, я демонстрирую им простую полимеризацию с помощью безопасного и дешевого химического набора, имеющегося у любого представителя армии поставщиков образовательных материалов{141}. Поликонденсация — распространенная промышленная химическая реакция, когда многочисленные мономеры, каждый из которых представляет собой небольшую углеродсодержащую молекулу, соединяются концами друг с другом, формируя длинный, похожий на цепочку, полимер. В случае поликонденсации образование каждой новой химической связи высвобождает небольшую молекулу (обычно это вода или углекислый газ).

И все прошло бы хорошо, если бы я следовал инструкциям.

Сначала налить две жидкости — одну бесцветную, другую янтарного цвета — в пластиковую чашку. Затем тщательно перемешать их. Подождать две-три минуты. Реакция начинается медленно, с постепенным образованием мягкой желтой пены, но она ускоряется, когда пена поднимается куполом над краями чашки, переполняет ее, заливает стол и прилипает ко всему, чего коснется (в том числе и к пальцам). Пена рождается из молекул углекислого газа, которые высвобождаются при реакции поликонденсации. Всё это липкое месиво постепенно затвердевает в округлый прочный комок полиуретана — материала, идеально подходящего для безопасной упаковки хрупкой электроники, а также — в виде монтажной пены — для заполнения труднодоступных трещин и полостей.

Оглядываясь назад, я понимаю, что смешивать жидкости в пластиковой бутылке и закручивать на ней крышку было очень плохой идеей — особенно потому, что я не пробовал это делать раньше. Эксперимент начался хорошо, но, когда обычное пенообразование замедлилось, а потом и прекратилось, меня осенило, что в тонкой пластиковой бутылке, должно быть, увеличивается давление. По сути, я собрал перед аудиторией небольшое взрывное устройство и давление в нем быстро возрастало.

Это было глупо. Не пытайтесь повторить эксперимент дома.

Что же следовало сделать? Мне представлялось логичным уменьшить давление как можно быстрее, так что я начал откручивать крышечку и… БАХ! Открученная крышечка выстрелила прямо в потолок, отскочила от него и приземлилась в полуметре слева от меня. За этим метательным снарядом последовал потрясающий выплеск полиуретана, внезапно освобожденного из-под давления. Желтая масса выстрелила вверх метров на восемь и забрызгала плитки потолка кусками липкой желтой пены. (Последствия этого казуса все еще оставались там, когда я в последний раз проверял лекционный зал №80.) К счастью, никто не пострадал, хотя нескольких студентов в первых рядах неожиданно разукрасили маленькие желтые комочки липкой пены.

Ошибочные

Белки — это распространенные биополимеры, состоящие из линейной цепочки аминокислот, каждая из которых представляет собой небольшую углеродсодержащую молекулу. Структура белка определяется в основном точной последовательностью 20 разных аминокислот, используемых биологическими системами. Соединенные концами в эту последовательность, аминокислоты могут формировать плоские листы (как в хрящах), прочные волокна (волосы и сухожилия) или же более случайно закручивающиеся формы. Эти 20 аминокислот, сотнями или тысячами связанные вместе, способны образовывать белки почти всех размеров и форм, какие только можно себе представить.

Если речь идет о белке длиной в 147 аминокислот, то может показаться, что одна маленькая ошибка — например, валин вместо глутаминовой кислоты в шестом положении — не играет особой роли{142}. Но форма белка — это всё, и каждая аминокислота вносит свой вклад в эту форму. Соберите белковый полимер неправильно — замените глутаминовую кислоту валином в шестом положении бета-цепи гемоглобина эритроцитов — и, если провести аналогию с зигзагом, дефектный полимер сделает «зиг» вместо «зага». В данном случае последствием станет серповидноклеточная анемия — разрушительная болезнь крови, которая поражает одного из каждых 500 афроамериканцев. Кровяные клетки неправильной формы переносят меньше кислорода, чем нормальные, а сцепление между собой их серповидных форм приводит к тому, что они застревают в узких капиллярах. Страдающие серповидноклеточной анемией могут испытывать множество симптомов, подрывающих жизненные силы, включая усталость и бессилие, хроническую боль и сердечные приступы.

Подобные точечные мутации являются причиной десятков других генетических заболеваний: муковисцидоз вызывает скопление слизи и приводит к хроническим легочным инфекциям; болезнь Тея — Сакса разрушает нервные клетки в спинном и головном мозге; еще ряд мутаций являются причиной разнообразных нарушений зрения, которые вызывают дальтонизм. Некоторые ошибки в последовательности белковых аминокислот — как наследственные, так и приобретенные в течение жизни под воздействием физических и химических факторов риска — могут приводить к разным видам рака.

Если мы проживем достаточно долго, то испытаем на себе — причем все — воздействие таких губительных белковых ошибок.