Биология веры. Как сила убеждений может изменить ваше тело и разум

В итоге все кончилось по-голливудски благополучно. В качестве заключительного экзамена я предложил своим студентам в точности те же задания, которые выполняют студенты в Висконсине. И эти «отверженные» справились нисколько не хуже, чем их «элитарные» коллеги в США. Позже многие из моих студентов рассказывали: когда они вернулись домой и встретились со сверстниками, которые заканчивали американские университеты, то с удовлетворением обнаружили, что более глубоко понимают принципы жизнедеятельности клеток и целых организмов.

Я был в восторге, что моим студентам удалось сотворить настоящее чудо, но лишь спустя годы понял, как именно они смогли этого достичь. Тогда мне казалось, что все дело в построении курса, хотя и сейчас считаю сопоставление биологии человека и клетки хорошим способом подачи материала. Но когда я вторгся в пределы, которые многими были сочтены территорией чудаковатого доктора Дулиттла, то понял, что успех моих студентов во многом объясняется именно отказом от поведения, принятого в среде их американских коллег. Вместо того чтобы копировать поведение умников-студентов, они действовали как умные клетки, которые объединились, чтобы стать еще умней. Нет, все-таки оставаясь в рамках традиционной науки, я не предлагал своим студентам учиться жить у клеток. Но мне доставляет удовольствие думать, что они двинулись в этом направлении интуитивно, после моих восторженных рассказов о способности клеток группироваться для формирования более сложных и совершенных организмов.

Тогда я не задумывался над этим, но сейчас считаю еще одной причиной успеха моих студентов не только мои похвалы в адрес клеток, но и мое одобрение самих студентов. Чтобы становиться образцовыми студентами, им требовались свидетельства, что их считают таковыми. В последующих главах я покажу – очень многие из нас живут ограниченной жизнью не потому, что иначе невозможно, а потому что думают, будто иначе невозможно. Но я забегаю вперед. Достаточно сказать, что после четырех месяцев в том раю и изложения своего курса, мои взгляды на клетки и уроки, которые они преподают людям, прояснились окончательно. Я оказался на прямом пути к пониманию Новой Биологии, отбрасывающей прочь пораженческий дух генетической и родительской предопределенности, равно как и дарвинизм с его выживанием сильнейших.

* * *

Только написав эту главу, я предпринял активные поиски в подтверждение догадки, что столь оклеветанному Жану-Батисту Ламарку должны наконец воздать должное за его понимание эволюции. Но будучи неисправимым оптимистом, в чем вы убедились, ознакомившись с написанным выше, я включил ссылку на статью с осторожным названием «Не был ли Ламарк в чем-то прав?». Счастлив доложить, что мой оптимизм подтвердился. Теперь найти сторонников Ламарка куда проще: они не только уверены в том, что он был прав «в чем-то», но считают его провидцем!

Почти через 200 лет после его смерти эпигенетические исследования стали одними из популярных областей науки. Они вновь и вновь подтверждают часто высмеиваемое убеждение Ламарка, что организмы приспосабливаются к среде и могут передавать обретенные свойства последующим поколениям. Такой решительный (без всяких вопросительных знаков) заголовок встретился мне очень скоро при подготовке юбилейного издания: «Возрождение ламаркизма (Рассвет эпигенетики)».

Разумеется, Ламарк (равно как и Дарвин) не имел никакого представления о молекулярной природе генов и их экспрессии в организме, поэтому я не скажу, что он был эпигенетиком. Для выявления тонких химических изменений ДНК и связанных с ней белков, которые позволили бы организмам приспосабливаться к среде и передавали бы приобретенные признаки без изменения структуры молекулы ДНК, современным исследователям требуются высокотехнологичные лаборатории. Теория Ламарка о наследовании приобретенных признаков – главная причина нападок на него – сегодня считается обоснованным механизмом наследования. Передовые исследования способствуют не только восстановлению его репутации, но и подрывают веру в генетический детерминизм. А это, как вам уже известно, одна из главных тем «Биологии веры» – гены, унаследованные нами от наших отцов и матерей, не определяют нашу судьбу!

Я вовсе не считаю, что во взглядах научного сообщества произошел сдвиг в сторону ламаркизма. Вопрос о механизмах, движущих эволюцию, все еще остается открытым. Например, когда теория «адаптивной мутации» с утверждением, что мутации происходят в ответ на особые стрессы, была впервые представлена вниманию ученых в 80-х годах молекулярным биологом доктором Джоном Кэрнсом, он был объявлен еретиком, а его теория остается спорной по сей день. Адаптивная мутация противоречит неодарвинизму, согласно которому наследственные изменения основаны на естественном отборе, описанном Дарвином как «борьба за жизнь сильнейших», а потом как «выживание наиболее приспособленных». (При всей своей привлекательности афоризм выживание наиболее приспособленных является тавтологией, очевидной истиной, непригодной для описания движущих сил эволюции. Наиболее приспособленный – означает «самый пригодный к выживанию», и само выражение можно перефразировать как «выживание самых пригодных к выживанию». С этим не поспоришь!)

Неодарвинизм относит мутацию к случайным копирующимся ошибкам в репликации генов. Если генетическая ошибка усиливает выживаемость организма – такая мутация выбирается для наследования. Таким образом, направление эволюционного развития случайно и непредсказуемо… какая тавтология! В ответ на давние вопросы «Как мы сюда попали?» и «Зачем мы здесь?» теория неодарвинистов заставляет нас поверить, будто несколько миллиардов лет мы эволюционировали благодаря «удачным» генетическим случайностям. Напротив, теория ламаркианцев подразумевает, что эволюционно-выгодные мутации возникают из-за «потребности» организма приспособиться к угрожающим жизни внешним стрессам. Поэтому они не случайны и в значительной мере предсказуемы с точки зрения окружающей среды.

Эти с виду скрытые научные споры важны потому, что адаптивные мутации подразумевают целенаправленность биологической эволюции – наличие цели и соответствия господствующим условиям окружающей среды, включающей в себя жизнь общества в целом. Полагаю, что со временем теория адаптивных мутаций одержит верх, и точка зрения, по которой сеть жизни и эволюционный процесс – это результат высокоорганизованного, симбиотического сотрудничества между всеми живыми организмами, получит больше сторонников.

Увлекательные исследования биолога и математика Мартина А. Новака, директора гарвардской Программы эволюционной динамики, уже говорят в пользу решающей роли сотрудничества в эволюции. Используя математическое и компьютерное моделирование, Новак разделил популяции на «кооператоров», принимающих помощь других, и «отступников», не поддерживающих других, даже после того, как они получили от них помощь. На материале нескольких тысяч научных публикаций о победе кооператоров (от бактерий до человеческих существ) в процессе эволюции Новак показал, что сценарии делятся на пять категорий.

К примеру, в одной категории, представляющей из себя «пространственный отбор», кооператоры и отступники неравномерно распределены среди популяции. В такой популяции с «пятнами кооператоров» отзывчивые люди объединяются и одерживают победу над отступниками. В другой категории «я почешу тебе спину, и кто-то почешет мою» – личность решает стать кооператором из-за репутации «человека в нужде». Он приводит пример японских макак: обезьяны с низким статусом, ухаживая за высокопоставленными, могут повысить свою репутацию (и получить более долгий груминг), когда их видят вместе с «начальством».

Новак обнаружил, что кооперация-отступничество действует на нескольких уровнях – человек одновременно может быть как кооператором, так и отступником. В качестве примера Новак приводит группу сотрудников фирмы, ведущих жесткую конкуренцию между собой с целью повышения по службе, но также и взаимодействующих друг с другом, чтобы превзойти другие фирмы. Такое понимание сложной природы кооперации-отступничества согласуется с принципами системной биологии – еще одной области науки, ставшей известной за последнее время и признающей тот факт, что наилучшее понимание биологии возможно только при изучении динамики взаимодействующих систем, а не узком изучении исключительно одной системы. Один из аргументов: в свое время медицина пыталась понять болезни сердца, сосредоточившись на его функциях и структуре. Однако фундаментальные прорывы в исследовании сердечных заболеваний стали очевидными, лишь когда функции сердца изучались при учете влияния других систем – нервной, нейроэндокринной, иммунной и пищеварительной.

Модели Новака также подтверждают наблюдения каждого, кто сокрушается о нынешнем печальном положении планеты, где кооперация «неустойчива как таковая»: существуют циклы, в которых побеждает отступничество. Впрочем, он сообщает и хорошие новости, что «дух альтруизма, похоже, всегда сам восстанавливается». Подытоживая открытые им факты, Новак заключает, что «жизнь – это не только борьба за выживание, но и умение уютно устроиться, чтобы выжить».

Сегодня, как никогда, нам нужно больше исследований по кооперативному умению именно так устроиться – в противном случае мы попадем в цикл отступничества, где уничтожим себя и саму планету. Ошибочно понимая под эволюцией непрерывную борьбу и поиск индивидуальной пригодности (измеряемый числом собственных «игрушек»), мы оказались сегодня у черты. Человеческая цивилизация купилась на предупреждение, сформулированное в подзаголовке книги Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь» – попросту говоря, жизнь, полную борьбы, где блага попадают к наиболее подготовленному, независимо от средств их достижений.

Согласно такому «научному» принципу, наименее генетически подготовленным достаются крохи… если вообще хоть что-то.

Такая ментальность привела нас к продолжительным войнам за материальные блага, к избыточному потреблению и нерациональному использованию ресурсов, а также растущему неравенству в распределении благ на явно нездоровой планете. Дарвиновский акцент на пригодность личности вычеркивает важность коллективного сотрудничества в эволюции.

Наши собственные тела – один из наиболее ярких участков, где мы оставляем без внимания важность сотрудничества между организмами. За десять лет после моего осуждения «войны с микроорганизмами во всем – от антибактериального мыла до антибиотиков» – появилась масса веских свидетельств об ущербе, понесенном нашими телами.

Дело в том, что сотни триллионов микробов-захватчиков, главным образом в желудке, совершенно необходимы для выживания, и их в десять раз больше, чем клеток в человеческом теле. Тело не может прожить без собственных микробов (называемых коллективно «микробиомом»), поэтому функционально они эквивалентны любому из наших жизненных органов. С учетом признания (запоздавшего) важности микробиома люди и большинство других животных сегодня правильно определяются как суперорганизмы (сложные организмы, состоящие из множества малых организмов). Кроме того, в 2007 г., после изрядно задержавшегося осознания этой важности, Национальные институты здравоохранения создали Проект микробиома человека. Работающие по нему ученые сообщали, что люди и животные формируют жизнеобеспечивающую связь с микробами своего кишечника. Они обнаружили, что гены человека влияют на генетику микробиома, а гены микробиома (что составляет 99 % уникальных генов в нашем теле!) управляют генами в наших клетках.

Коллективные достижения позволят нам восстановить планету, наш микробиом и все, что находится за его пределами.

В своей новой, бьющей тревогу книге «Пропавшие микробы: как чрезмерное применение антибиотиков приводит к нашим современным эпидемиям» директор Программы микробиома человека в Университете Нью-Йорка доктор Мартин Дж. Блейзер предостерегает не только о резистентности к антибиотикам, но и о снижении разнообразия микробиома человека, что повышает восприимчивость к хроническим расстройствам – от аллергии и астмы до диабета и ожирения. К примеру, в индустриально развитых странах количество больных диабетом I типа удваивается примерно каждые двадцать лет. По сравнению с 1950 г. в Финляндии таких больных стало больше на 550 %. Блейзер пишет, что современные эпидемии являются «не только заболеваниями, но также внешними знаками внутреннего изменения». Современные исследования показали, что «в других отношениях нормальные индивиды потеряли от 15 до 40 % микробного разнообразия и генов, его сопровождающих», главным образом из-за чрезмерного приема антибиотиков широкого спектра, убивающих микробы без разбора. В то же время Блейзер, тридцать лет изучавший микробы наших тел, называет их и 20 миллионов их генов «партизанами», помогающими нам сражаться с заболеванием.

В то время как Блейзер предупреждает о снижении разнообразия нашего микробиома, другие ученые с тревогой заявляют о снижении разнообразия планеты, где популяции животных и их видов уменьшаются с пугающей скоростью. Ученые из Стэнфорда, отслеживая разнообразие видов и размер популяции за разные периоды времени, пришли к выводу, что показатели вымирания были бы в тысячу раз ниже, если бы люди не загрязняли окружающую среду, не вырубали леса, не сеяли монокультуры и не стремились получать максимальные урожаи. Многие ученые-экологи считают, что мы перешли порог, за которым последует крупный экологический коллапс, и на планете вот-вот разразится шестое по счету массовое вымирание.

Экологам давно известно, что структура локализированных экологических систем, дойдя по критического порога, способна резко и необратимо смещаться от одного состояния к другому. Сегодня мы имеем свидетельства, что глобальная экосистема в целом может среагировать в похожей резкой форме, и фактически уже есть угроза такой реакции. Профессор из Отдела интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли Энтони Барноски, а также другие исследователи утверждают, что мы находимся в планетарном «переломном моменте», поскольку человеческая активность вынуждает Мать Землю запустить решительный и всемирный переворот. Недавнее исследование НАСА подтвердило опасение, что глобальная индустриальная цивилизация движется к своему краху в ближайшие десятилетия (т. е. скоро!).

Глобальные изменения климата происходят не по вине цивилизации (наша планета уже прошла через пять ледниковых периодов), однако наше поведение и технологии вызывают экологически стрессовые факторы, усугубляющие кризис, связанный с изменением климата. Процесс подъема и разрушения общества – циклический феномен нашей истории, и в отдельных случаях периоды упадка занимали несколько столетий. В то время как предыдущие подобные периоды затрагивали преимущественно локализованные человеческие системы – грядущий упадок уже оказал существенное глобальное воздействие на здоровье планеты.

Сегодня мы живем в эпоху, именуемую Антропоценом, само название которой указывает, что деятельность человека с беспрецедентным размахом вызывает массовые изменения в природном мире. Нет ни одного уголка на планете, от южной оконечности Атлантиды до пиков горы Эверест, которое бы не осталось незатронутым влиянием человека. К примеру, сжигая ископаемое топливо, мы оставляем следы в непосредственном окружении, но тонкая завеса земной атмосферы переносит его на все части земного шара. И это напоминает о следующем: (1) все мы связаны между собой; (2) все мы оставляем свои отпечатки; (3) поддерживающая нас Земля делает это до определенного предела. Сегодняшний глобальный кризис предупреждает, что мы должны прекратить использовать изобилие и жизненную силу нашего живого дома и начать воссоединять и чтить нашу планету, как это делали на протяжении столетий многие традиционные общества.

Веселая картина, нечего сказать! Но будучи неисправимым оптимистом, я предпочитаю рассматривать и положительные стороны жизнеспособности Природы. В 1883 г. серия извержений вулкана Кракатау в Индонезии привела к появлению новых вулканических островов. В 1960 г. лава, вытекавшая на одном из островов, уничтожила там все формы жизни и оставила в том виде, которое ученые назвали состоянием «полной стерилизации». Обзоры и наблюдения, контролирующие рост флоры и фауны за последние пятьдесят лет, обнаружили изобилие и невероятное разнообразие, процветающее с тех пор на этих «стерильных» островах. Пережив катастрофическое возмущение, цветущий и полный жизни рай острова стал еще прекраснее. Теперь он проявляет пластичность разнообразия, что повышает способность противостоять экологическому стрессу. Такой урок Природы хорошо характеризует старая поговорка: «Что нас не убивает, то делает сильнее».

Я также склоняюсь к тому факту, что сотрудничество организмов – не досадное исключение из закона эволюции, а напротив, одно из его причин, а также к тому, что люди (хотя подчас в это трудно поверить!) являются, по словам Новака, «сверхкооператорами». Благодаря общим усилиям, совместные достижения человеческой цивилизации доставили нас на Луну и за ее пределы. И я надеюсь, что коллективные достижения позволят нам восстановить планету, наш микробиом и все, что находится за его пределами. В конце концов, я сам стал свидетелем кардинальных позитивных изменений в группе моих студентов-медиков на Карибах. Избрав в качестве модели поведения сотрудничество, они сумели стать более человечными и, что более важно, сострадательными целителями.

Глава 2. Для особо непонятливых: все дело в среде!

Я никогда не забуду урок, полученный мной в 1967 г., когда на старших курсах учился клонировать стволовые клетки. Мне потребовались десятилетия, чтобы понять, какое огромное значение имеет эта на первый взгляд простая операция для моей работы, да и для всей жизни. Мой профессор, наставник и выдающийся ученый Ирв Кенигсберг одним из первых специалистов по клеточной биологии овладел ею. Он объяснил мне, что если клетки изучаемой культуры погибают, то в поисках причины необходимо прежде всего обращать внимание не на сами клетки, а на среду, в которой они находятся.

Профессор не отличался такой прямотой выражений, как руководитель избирательной кампании Билла Клинтона Джеймс Карвилл, благодаря которому на тех выборах едва ли не мантрой стала фраза «Для особо непонятливых: все дело в экономике!» Но клеточным биологам, ей-богу, стоило бы вывесить в своих лабораториях лозунг «Для особо непонятливых: все дело в среде!» – точно так же, как Джеймс Карвилл сделал в штаб-квартире Клинтона. Тогда это не было столь очевидно, но впоследствии я понял, что в совете Ирва Кенигсберга кроется ключ к пониманию природы живого. Раз за разом я все больше убеждался, насколько он был прозорлив. Стоило мне обеспечить своим клеткам здоровую среду – и они начинали благополучно расти. Если же условия были неоптимальными, рост приостанавливался. Как только я исправлял среду, «занемогшие» клетки снова приходили в себя.

Но большинству клеточных биологов эти тонкости культуральной техники были неизвестны. А с открытием Уотсоном и Криком генетического кода ДНК ученые и вовсе махнули рукой на воздействие окружающей среды. Хотя еще Чарльз Дарвин под конец жизни признавал, что эволюционная теория умаляет ее роль. В 1876 г. он писал Морицу Вагнеру: «Величайшей ошибкой, которую я допустил, было то, что не придал достаточного значения непосредственному воздействию, которое окружающая среда, т. е. пища, климат и т. д., оказывает независимо от естественного отбора… Во время написания “Происхождения видов” и в последующие годы я еще не мог представить надежных свидетельств прямого воздействия среды; теперь же подобные свидетельства многочисленны».

Последователи Дарвина продолжают совершать ту же самую ошибку. Такая недооценка среды приводит к переоценке роли «природы» по сравнению с «воспитанием» – к генетическому детерминизму, убеждению, будто всем живым управляют гены. Оно не только привело к нерациональному использованию выделенных на исследования средств (о чем я собираюсь говорить в одной из последующих глав), но, что более важно, изменило наше представление о собственной жизни. Когда вы уверены, что вашей жизнью управляют гены и вы никак не можете повлиять на их набор, доставшийся вам при зачатии, то у вас появляется удобная возможность объявить себя жертвой наследственности. «Я не виноват, что такой медлительный и не успел сделать работу в срок, – это все гены!»

С самого начала Эпохи Генетики нам внушают, что мы бессильны перед мощью скрытых в нас генов. В мире великое множество людей живут в постоянном страхе, что однажды их гены вдруг возьмут и «включат» в их организме нечто, до поры скрытое. Они воображают себя бомбами с тикающим часовым механизмом и ждут, что вот-вот в их жизни возникнет рак – как он ворвался в жизнь их брата, сестры, дяди или тети. А миллионы других объясняют свое плохое здоровье не сочетанием умственных, физических, эмоциональных и духовных причин, а одними лишь нарушениями биохимической механики своего организма. Ваш ребенок перестал слушаться? Сегодня врач все чаще предпочтет выписать ему таблетки для исправления «химического дисбаланса» вместо того, чтобы как следует разобраться с его телом, сознанием и духом.

Разумеется, я нисколько не оспариваю тот факт, что некоторые заболевания, например хорея Гентингтона, бета-талассемия и кистозный фиброз, обусловлены одним-единственным дефектным геном. Но такие нарушения встречаются менее чем у 2 % населения, и подавляющее большинство людей рождаются с генами, с которыми вполне можно быть здоровым и жить счастливо. А напасти, из-за которых сегодня чаще всего не получается быть здоровым и жить счастливо, – диабет, сердечно-сосудистые заболевания, рак – отнюдь не вызываются конкретным геном, а становятся результатом сложного взаимодействия множества как генетических, так и экологических факторов.

Но как же тогда быть со всеми этими газетными статьями, которые то и дело трубят об открытии генов всего чего угодно – от депрессии до шизофрении? Прочитайте их внимательно, и вы увидите, что стоящая за броскими заголовками истина куда скромней. Да, ученые связывают множество генов со множеством различных заболеваний и признаков, но крайне редко бывает так, чтобы то или иное заболевание или признак было обусловлено одним-единственным геном. Дефектные гены, действующие в одиночку, отвечают примерно за 2 % всех наших недугов.

Путаница возникает из-за традиционного для СМИ смешения двух вещей – связи и обусловленности. Одно дело быть связанным с заболеванием, и совсем другое – быть его причиной, что предполагает уже направленное, управляющее воздействие. Если я покажу вам ключ и скажу, что он «управляет» моим автомобилем, то вы можете согласиться, что это в некотором смысле верно – в самом деле, ведь без ключа нельзя включить зажигание. Но можно ли сказать, что он и в самом деле «управляет» вашей машиной? Будь это так, вы бы не рискнули оставлять ключ в замке, ведь он, чего доброго, одолжит ее у вас покататься. В действительности он только «связан» с автомобилем, а решает все человек, который этот ключ поворачивает. Некие гены связаны с теми или иными образами поведения организма и его характеристиками, но они не активируются, пока что-нибудь не приведет их в действие.

Клеточным биологам, ей-богу, стоило бы вывесить в своих лабораториях лозунг «Для особо непонятливых: все дело в среде!»

Что же приводит гены в действие? Изящный ответ на этот вопрос был дан в 1990 г. Фредериком Ниджхаутом в статье «Метафоры и роль генов в развитии организмов». Ниджхаут доказывает, что идея управления генами всем живым высказывалась так часто и так долго, что ученые перестали считать ее лишь гипотезой. В действительности же это лишь предположение, никогда не доказанное и даже наоборот, опровергнутое научными исследованиями последнего времени. Власть генов, пишет Ниджхаут, стала метафорой в нашем обществе. Нам хочется верить, что генные инженеры – это новые волшебники, которые способны лечить болезни и между делом конструировать новых Эйнштейнов и Моцартов. Но метафора не есть научная истина. Ниджхаут приходит к выводу: «Когда в гене возникает необходимость, его экспрессию[12 - Экспрессия гена – это процесс, в результате которого генетическая информация преобразуется в конкретный белок или рибонуклеиновую кислоту (РНК). – Прим. ред.] активирует сигнал, поступающий из окружающей среды, а вовсе не некая спонтанно возникшая характеристика самого гена». Иными словами, по поводу генного управления живым можно сказать буквально следующее: «Для особо непонятливых: все дело в среде!»

Строительный материал живого – белок

Нам не составит труда понять, как и почему закрепилась метафора генного управления, если мы вспомним, с каким рвением ученые набросились на изучение механизмов ДНК. Химики-органики в свое время установили, что клетки состоят из четырех типов очень крупных молекул – полисахаридов (сложных сахаров), липидов (жиров), нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белков. И хотя клетке необходимы все эти четыре типа молекул, наиболее важным компонентом живых организмов является белок. По существу, наши клетки представляют собой сооружения из белковых «кирпичей». Поэтому один из способов рассмотреть наши состоящие из триллионов клеток тела – это представить их себе в виде белковых машин (хотя, как вы уже знаете, я считаю нас чем-то большим, нежели машины!). Однако в действительности это несколько сложней, чем может показаться, хотя бы потому, что в нашем теле действуют более 100 тысяч белков различных видов.

Давайте внимательней присмотримся к тому, как соединены друг с другом в наших клетках эти сто с лишним тысяч белков. Каждый белок представляет собой линейную цепочку связанных друг с другом молекул аминокислот[13 - Точнее, аминокислотных остатков. – Прим. ред.] – что-то вроде детского ожерелья с бусинками (см. рисунок).

Каждая такая бусинка – это молекула одной из двадцати используемых в клетках аминокислот. При всей своей наглядности аналогия с бусами здесь не совсем верна, поскольку молекула каждой аминокислоты несколько отличается по форме от другой. Если быть совсем точным, то придется сказать, что наши бусы слегка помяли на фабрике.

А еще лучше принять во внимание, что аминокислотное ожерелье, этот «остов» клеточных белков, гораздо мягче и податливей бус, которые разорвутся, если их перегнуть чересчур сильно. Структура и поведение аминокислотных цепочек в белках во многом напоминает позвоночник змеи (фото на стр. 70). Составленный из множества связанных друг с другом элементов (позвонков), он дает возможность змее принимать самые разные формы – от прямой линии до клубка.

Гибкие сочленения (пептидные связи) между аминокислотами в белковой «змейке» позволяют белкам принимать множество конформаций. Какую из них примет «змейка» – определяется в основном двумя факторами. Прежде всего, это первичная структура белка, т. е. последовательность бусинок-аминокислот, которые его составляют.

В отличие от бусинок, каждая из 20 аминокислот, составляющих каркас белковой цепи, имеет собственную конфигурацию. Обратите внимание на то, как отличаются между собой «змейка» из одинаковых шариков, и та, что составлена из трубчатых сегментов различной формы.

Второй фактор связан со взаимодействием электрических зарядов в связанных друг с другом аминокислотах. Большинство аминокислот положительно или отрицательно заряжены, из-за чего они ведут себя подобно магнитам: одноименные заряды заставляют молекулы отталкиваться, а разноименные – притягиваться. Как показано на рисунке, гибкий остов белковой цепи легко принимает необходимую форму, когда его аминокислотные «позвонки» поворачиваются и изгибают соединяющие их сочленения, чтобы уравновесить силы, которые возникают из-за положительных и отрицательных зарядов.

Белковые каркасы А и В имеют одну и ту же последовательность аминокислот (трубчатых сегментов), но кардинально отличаются по своей конфигурации. Вариации возникают из-за поворота соседних сегментов друг относительно друга в сочленениях. Подобно трубчатым сегментам, аминокислоты белков разных размеров также поворачиваются относительно соединяющих их «сочленений» (пептидных связей), из-за чего каркас приобретает способность извиваться, как змея. Форма белков не задана жестко, но обычно они принимают две-три конкретные конфигурации. Какую же из конфигураций, А или В, предпочтет наш гипотетический белок? Ответить на это можно, приняв во внимание, что две концевые аминокислоты несут отрицательный заряд. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, конфигурация будет тем более устойчивой, чем дальше друг от друга они окажутся. Поэтому предпочтение будет отдано А.

Молекулярные цепи некоторых белков бывают такими длинными, что для сворачивания (фолдинга, или укладки) им необходима «помощь» особых вспомогательных белков, называемых хаперонами. Неправильно свернутые белки, подобно людям с дефектами позвоночника, не могут функционировать должным образом. Такие белки клетка маркирует как подлежащие уничтожению – соответствующая аминокислотная цепь разлагается на составляющие, и заново собирается другая в процессе синтеза новых белков.

Как белки создают жизнь

Живые организмы отличаются от неживых тем, что движутся. Именно энергия их движения используется для выполнения «работы», характерной для живых систем, – дыхания, пищеварения, мышечного сокращения. Чтобы понять природу жизни, нам необходимо прежде всего разобраться, что приводит в движение белковые «машины».