Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Во Франции бушевали революция и неотъемлемая от нее параноидальная подозрительность. Людей отправляли на гильотину без должного судебного разбирательства, а то и вовсе бессудно. Среди жертв оказался и коллега Фуркруа – Антуан Лавуазье, которого не без оснований считают родоначальником химии как самостоятельной науки. К несчастью для него, он одновременно был и аристократом, и сборщиком податей, а потому в 1794 году лишился головы. Один из первых биографов Лавуазье обвиняет Фуркруа в том, что он не вступился за своего товарища^[219]. Однако позднее это обвинение вызвало определенные сомнения, так как у нас нет серьезных оснований считать, что двое этих ученых работали вместе. Тогда ситуация совершенно вышла из-под контроля, и любой протест мог восприниматься как контрреволюционное выступление и грозить казнью. К тому же задачу по спасению Лавуазье очень затрудняло само его происхождение.

Вероятно, из-за всего этого революционного хаоса работы Фуркруа на протяжении нескольких десятилетий оставались в тени. Лишь в 1838 году важный шаг в изучении белков сделал Геррит Ян Мульдер. Он взял фибрин, альбумин и желатин и смог расщепить эти соединения на отдельные химические элементы^[220]. Оказалось, что все эти пробы содержат углерод, водород, кислород, азот, калий и серу. Но особенно важным оказался тот факт, что соотношение числа атомов во всех молекулах было чрезвычайно близким: “в альбумине яиц всегда на один атом серы приходится один атом фосфора”. Мульдер счел, что это означает принадлежность всех данных субстанций к одному типу молекул. Термин же “протеин” для обозначения таких веществ первым предложил коллега Мульдера Йенс Якоб Берцелиус^[221].

Оказалось, что по меркам молекул белки являются настоящими гигантами. По оценкам Мульдера, каждая из молекул состояла более чем из 1200 атомов. Тогда многие химики считали, что такие крупные молекулы попросту не могут существовать, а должны рассыпаться на части – как карточный домик при первом прикосновении. Следовательно, это открытие подготовило почву для признания учеными в качестве основы жизни крупных, так называемых “макромолекул” вроде ДНК.

До конца XIX века химики смогли установить состав белков. Ключевым моментом стало открытие в их составе более простых молекул – аминокислот. Первая из них была выделена из аспарагуса (спаржи) еще в 1806 году – эта аминокислота получила название “аспарагин”. Остальные аминокислоты открывали на протяжении XIX и в начале XX века.

Все аминокислоты имеют общую структуру и отличаются только одной своей частью. Они имеют центральный атом углерода, к которому присоединены четыре других остатка. Первый из них – остаток амина: атом азота с парой болтающихся водородов. Второй – карбоксильный остаток: еще один углерод, соединенный с двумя кислородами и водородом. Третьим является очередной водород, и, наконец, имеется также нечто четвертое – и это нечто может изменяться и зависит от конкретной аминокислоты.

Все живое на Земле построено из двадцати аминокислот. Самая простая – это глицин, где пресловутое нечто являет собой единственный атом водорода. В то же время у аспарагина это самое нечто содержит целых восемь атомов – данный остаток сравним по размерам с целым глицином. Другие аминокислоты сложны примерно настолько же.

В ряде случаев при распаде белков высвобождаются отдельные аминокислоты. Это указывает на то, что белки и аминокислоты неким образом связаны. И вот в 1902 году настал драматический момент: Франц Хоффмайстер и Эмиль Фишер выступили с докладами на одной и той же научной конференции и выдвинули одну и ту же теорию. Хоффмайстер был нелюдимом, отказавшимся от ряда престижных университетских должностей, а Фишер – неутомимым экспериментатором, даже пережившим отравление ртутью.

Хоффмайстер сделал свой доклад утром, а Фишер – во второй половине дня. Оба предположили, что белки представляют собой длинные цепи из соединенных вместе аминокислот. Это объясняет, почему белки могут быть так похожи и при этом так различаться (хотя входящие в их состав атомы почти совпадают, сами белки имеют совершенно несхожие свойства): разные аминокислоты могут быть соединены в цепочку с различным порядком. Вот почему построенные из ограниченного набора строительных блоков^[222] молекулы очень сильно различаются. Любой, кому доводилось собирать и динозавра, и ракету из одного и того же комплекта “Лего”, в состоянии представить, насколько разнообразными могут оказаться эти молекулы.

Почти полвека спустя британский биохимик Фредерик Сэнгер установил точный состав первого белка. Он определил последовательность аминокислот в инсулине, синтез которого нарушается при диабете. Ряд опубликованных между 1949 и 1952 годами статей Сэнгера принес ученому первую из двух его Нобелевских премий. В своих работах Сэнгер продемонстрировал, что инсулин состоит из 51 аминокислоты, которые образуют две цепочки с двумя перемычками между ними^[223]. С тех пор стали известны аминокислотные последовательности сотен^[224] различных белков.