История с географией

Исторические и географические открытия обычно переплетены так, что трудно рассказывать об одном, не упоминая другое. Область научных открытий – не исключение, поскольку и они делались в определенное время и в определенном месте. Самые первые открытия, связанные с белками и пептидами, будут тому подтверждением (рис. 3).

Первой аминокислотой, открытой в живой природе, оказался не самый простой по химической структуре – глицин, а аспарагин (N). Его в 1806 г. выделили Луи Никола Воклен (1763–1829) и Пьер Жан Робике (1780–1840) во Франции. Попутно заметим, что открытие всех 20 стандартных аминокислот длилось больше века и завершилось лишь в 1937 г. открытием треонина (Т).

Первым ученым, внесшим весомый вклад в установление химической природы белков, был выдающийся немецкий химик-органик Герман Эмиль Фишер (1852–1919), который в 1902 г. открыл то, что аминокислоты в белках соединены пептидными связями.

А первую химическую формулу простейшего природного олигопептида (дипептида карнозина) в 1900 г. определили наши соотечественники профессор Московского университета В.С. Гулевич (1867–1933) и его ученик С.Амираджиби.

Повторим также, что географические названия можно увидеть и в названиях пептидов. Однако исторические и географические аспекты имеются не только в отдельных открытиях, но и во всей совокупности белков и пептидов. Из каких только организмов не выделялись! Наверное, практически все млекопитающие всех континентов и всего Мирового океана уже послужили объектами белково-пептидных исследований. Экспериментальные лягушки были и европейскими, и азиатскими, и африканскими, и австралийскими, и из обеих Америк.

Даже антарктические пингвины не обойдены вниманием исследователей. Так, число видов животных, использованных для изучения только гемоглобина, уже приближается к тысяче, а число видов, из которых выделялись разные вещества пептидной природы, на порядок больше. В табл. 6 приведены первичные структуры гомологичных олигопептидов – окситоцинов и вазопрессинов, – демонстрирующие не только биологическое разнообразие исследуемого материала, но и эволюционную консервативность структур данных веществ, поскольку наблюдаемые замены аминокислотных остатков не затрагивают функциональных свойств структур одного функционального класса.

Полученный уникальный материал представляет большой интерес для изучения исторического процесса эволюции и географического заселения нашей планеты различными организмами.

Литература

Вероятно, основой (элементарной единицей) литературы можно считать слово. Как известно, слова состоят из букв определенного алфавита, и при этом в различных языках число букв также различно – в кириллице используется 33 буквы, в латинице – 26 и т.д. И тут выявляется очевидная аналогия: в живом организме есть своя специфическая литература, слова которой – белки, а алфавит – 20 аминокислотных остатков. Более того, литература живого организма пишется природой на двух языках, поскольку кроме «белковой» литературы в нем также заключена и литература «нуклеиновая», написанная всего 4 буквами. При этом перевод с одного языка на другой осуществляет сам живой организм, и делает он это феноменально точно.

Использование подобной аналогии позволяет дать наглядное описание того, как осуществляется расшифровка аминокислотных последовательностей белков (чтение слов).

Выделенный в чистом виде белок (слово) с помощью различных протеолитических ферментов расщепляют на фрагменты (слоги). Разные ферменты разрывают пептидные связи между разными парами аминокислотных остатков, поэтому можно получить разные короткие фрагменты одного и того же белка. Воспользуемся кириллицей для того, чтобы наглядно продемонстрировать процесс расшифровки последовательности букв (аминокислотных остатков).

Допустим, что в результате одного типа расщепления слова мы получили слоги:

БЕЛ ЗНИ СНОВ ОКО АЖИ

а в результате другого:

ЕЕ ИЗ ОСН ЛОК ОВАЖ НИ

Тогда, определив (с помощью химических методов) концевые буквы фрагментов, полученных при расщеплении исходной последовательности двумя разными фрагментами, можно однозначно восстановить следующую (в данном случае осмысленную, хотя и неграмотно написанную) последовательность:

(Пример взят из книги: Волькенштейн М.В. Молекулы и жизнь, – М., 1969.)

Первое время белковые слова читали именно таким образом. Однако в связи с автоматизацией химических методов (создание секвенаторов, от англ. sequence – последовательность), с появлением новых точных методов определения молекулярных масс (масс-спектрометрия), в связи с развитием и применением вычислительной техники и т.д., этот процесс существенно ускорился. В настоящее время в год «читается» около 20 000 белковых слов, т.е. аминокислотных последовательностей.

Погрешности текстового изложения могут исказить суть сказанного. Например, в одной из публикаций было написано: «Не считая вопросы приоритета существенными для истории науки, я все же должен отметить роль великого ученого .», за что автора этой фразы подвергли жесткой критике за игнорирование приоритета. Однако автор сослался на опечатку, поскольку должно было быть: «Но, считая .» Изменение всего лишь одной буквы изменило смысл на полностью противоположный!

Таблица. 6. Структурно-гомологичное семейство окситоцин/вазопрессинов

Точно так же замена одной белковой буквы (аминокислотного остатка) может привести (а может и не привести, как в случае с окситоцин/вазопрессинами, табл. 6) к искажению нормальных функций белка или пептида. С этим мы уже встретились при описании причин тяжелейшего заболевания – серповидноклеточной анемии. Можно привести множество и других примеров. Однажды ко мне обратился один из физиологов с такой проблемой. Он проводил на кроликах серию экспериментов по изучению влияния олигопептида нейротензина на различные формы поведения, и в какой-то момент введение этого вещества стало приводить к немедленной гибели животного. «Я всегда вводил нейротензин, и ничего такого не было. А сейчас кролик гибнет буквально на острие шприца». Я попросил показать мне ампулу с исходным веществом, и оказалось, что на ней написано Trp11-Neurotensin. В названии было слово нейротензин, но было также указание и на то, что 11-й остаток тирозина в нем заменен на остаток триптофана. Ранее экспериментатор пользовался другой ампулой, маркированной как просто «Neurotensin», а когда в ней вещество иссякло, то он взял новую, не обратив внимания на маленькую деталь («опечатку»), которая стала причиной столь серьезного последствия.

Следует еще раз отметить, что чтение последовательности букв одного белка представляет собой чтение лишь одного слова из всей «белковой литературы». Однако и один белок (его первичная структура) может рассматриваться не только как слово, но текст, который в соответствии с физико-химическими и биологическими законами содержит в себе информацию о его пространственной структуре.