CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 8 из 73 Информация о книге
Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_019.jpg
Фолдинг белка

Как мы увидели, структура белка тесно связана с его функцией, однако свою конечную форму он приобретает не сразу. Каждый белок создается клеточными машинами, которые последовательно прикрепляют одну аминокислоту к другой, составляя из них цепочку, как из скрепок. Не существует никакого каркаса, который определял бы укладку такой цепочки, организуя ее в стопки листов, клубки спиралей или другие формы из почти бесконечного многообразия. Белок сам моделирует себя, укладываясь в пространстве должным образом: факторы, определяющие его структуру, зашифрованы прямо в его аминокислотной последовательности. Иными словами, белок осуществляет самосборку.

Каждая из 20 аминокислот обладает определенным набором физических характеристик. Одни аминокислоты заряжены положительно, другие – отрицательно, третьи нейтральны. Одни большие, другие маленькие. Какие-то из них гидрофобные (по сути, жирные) и предпочитают не смешиваться с водой, другие – гидрофильные и легко с ней смешиваются. Представьте белок, в котором подряд идут несколько положительно заряженных аминокислот, затем – цепочка нейтральных гидрофильных аминокислот, а после них – несколько отрицательно заряженных (см. рисунок). Разноименные заряды притягиваются, поэтому, предоставленный сам себе, белок укладывается так, что его противоположные концы сближаются.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_020.jpg

Теперь представьте белок, состоящий из гидрофобных (квадратики) и гидрофильных (кружочки) аминокислот. Этот белок окружен водой (преобладающим компонентом внутриклеточной среды) и укладывается так, чтобы гидрофобные фрагменты прятались в центре кольца из любителей воды. Ради ясности я нарисовал эту схемку в двух измерениях. На самом же деле вам нужно представить почти сферическое ядро из гидрофобных аминокислот, окруженное оболочкой из гидрофильных.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_021.jpg

В любом реальном белке происходит множество таких взаимодействий между аминокислотами, а также между аминокислотами и окружающей их водой, что порождает силы, вынуждающие белок принять определенную конформацию. Каждый белок синтезируется в клетке как цепочка аминокислот, и эта цепочка укладывается в оптимальную трехмерную форму. По-научному этот процесс называется фолдингом белка.

Как почти всегда бывает в биологии, эта грубая картина не совсем верна. Некоторые белки, особенно крупные и склонные к агрегации, не укладываются без доли постороннего участия, и им на помощь приходят белки из класса шаперонов7. В комплексах белков-шаперонов есть полости, защищающие новорожденный белок от сложностей перегруженной клеточной среды и способствующие корректному фолдингу аминокислотной цепи. Несмотря на эпизодическое участие шаперонов, общий принцип содержания в белке плана собственной постройки весьма убедителен и широко распространен в живой природе.

Все белки, описанные выше, и десятки тысяч других за долю секунды укладываются в трехмерные формы, избегая бесчисленного множества неудачных вариантов, которые не вполне соответствуют предпочитаемым компонентами белка взаимодействиям. Такое мастерство удивительно: это как если бы листок бумаги вдруг сам сложился в идеальную фигурку оригами. Более того, форма подавляющего большинства белков однозначно определяется последовательностью аминокислот. Иными словами, одна и та же последовательность всегда укладывается в пространстве одинаково. Каждая молекула зеленого флуоресцентного белка формирует бочонок, а каждая молекула миоглобина – одинаковый набор завитков.

Оценить великолепие такой самоорганизации помогут несколько примеров. Представьте последовательность, в которой, как обычно, есть положительно и отрицательно заряженные аминокислоты, а также гидрофобные и нейтральные гидрофильные аминокислоты. (Кстати, заряженные аминокислоты всегда гидрофильны.) Наша цепочка может уложиться так, как показано на левом рисунке, – и это достаточно хорошо: гидрофобные фрагменты скрыты внутри, а разноименно заряженные – сближены. И структура на правом рисунке по тем же причинам будет не хуже.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_022.jpg

Две представленные конформации, несомненно, различаются. Можно предположить, что если этому белку потребуется прикрепиться к какой-нибудь малой молекуле – например, к гормону, – то благодаря «карману» функциональной окажется лишь первая форма.

Оказывается, на удивление сложно понять, как цепочка аминокислот принимает единственную оптимальную форму. Анализ сил, воздействующих на случайную последовательность аминокислот – скажем, составляемую вслепую, вытягиванием аминокислот из шляпы, – и оценка затрат энергии показывают, что «достаточно хороших» конформаций могло бы возникать очень много, слишком много для того, чтобы цепочка в итоге неизменно укладывалась только в одну из них. Природа избегает такой множественности возможных форм: аминокислотные последовательности реально существующих белков не случайны, а отобраны за 4 миллиарда лет эволюции. Организмы, которые кодируют аминокислотные цепи, не укладывающиеся в одну оптимальную форму, страдают от нерабочих, а порой и вредных белков и потому имеют меньше шансов выжить и оставить потомство. Эволюционно устойчивыми оказываются организмы, которые кодируют аминокислотные последовательности с четкой и однозначной инструкцией по формированию трехмерной структуры.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_023.jpg

Результатом этого, как мы видели, стало общее правило однозначного соответствия аминокислотной последовательности и пространственной структуры у белков, которые мы сейчас находим в человеческом и других организмах. Если нам известна структура одной молекулы кинезина, то мы знаем и структуру любой другой молекулы кинезина. То же самое и с рецепторами кортизола. Впрочем, не бывает правил без исключений, а исключения из этого правила важны исключительно.

В первую группу нарушителей порядка входят нативно-развернутые белки, которые вообще обходятся без фиксированной формы. Это, например, некоторые белки, образующие поры в мембране клеточного ядра. Считается, что лапша из таких неструктурированных белков обеспечивает необходимую пластичность для перемещения разновеликих объектов между ядром и цитоплазмой.

Но больший интерес, на мой взгляд, представляют белки, имеющие несколько стабильных конформаций – не единственную жесткую форму и не аморфный вид, а парочку архитектур, между которыми они могут переключаться, словно рубильник, который зажигает или гасит свет. В последние десятилетия мы не только обнаружили такие белки, но и выяснили, что они участвуют в развитии диковинных болезней. А еще они способны объяснить – ну, на всякий случай, – почему не следует предаваться каннибализму.

Куру и каннибализм

В 1950-х годах в деревнях племени форе в Папуа – Новой Гвинее разразилась эпидемия странной болезни, которая вызывала у людей дрожь и неконтролируемые приступы смеха. Ежегодно она уносила до 200 жизней из примерно 11-тысячного племени. (Чтобы оценить масштаб потерь, представьте, что жуткая смерть постигает 150 тысяч ньюйоркцев в год.) Изучив структуру заболеваемости и возможные способы заражения, антропологи и клиницисты пришли к выводу, что болезнь, получившая название «куру» (на языке форе значит «дрожать»), распространяется путем ритуального каннибализма: семьи поедали тела умерших родственников, демонстрируя так любовь и уважение и помогая душам усопших освободиться8. Примерно в это время австралийское правительство, управлявшее Папуа – Новой Гвинеей, запретило каннибализм, что привело к стабильному снижению заболеваемости куру [17]. Но установить возбудителя болезни удалось лишь спустя десятилетия [18]. Людей форе убивали не бактерии, не вирусы и не паразиты, а белок – белок необычный, способный принимать одну из двух характерных форм. В «нормальной» форме этот белок выполняет свои обычные функции. В «неправильно свернутой» – нет, но еще хуже то, что он подталкивает другие белки принимать некорректную форму и объединяться в волокнистые агрегаты. Таким образом, аномальный белок можно считать инфекционным: часть съеденных молекул неправильной формы попадает в мозг, где запускает структурные изменения в белках с изначально безвредными аминокислотными последовательностями. Эти изменения амплифицируются в нервной системе больного и передаются после его смерти дальше, съевшим его обитателям деревни. Череда событий здесь напоминает о романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки», в котором вымышленная форма воды «лед-девять», пребывающая в твердом состоянии при комнатной температуре, при контакте с обычной водой запускает процесс ее кристаллизации и преобразования в лед-девять. Итоговая цепная реакция оказывается еще более смертоносной, чем куру. Впрочем, в отличие от льда-девять, куру существует на самом деле.

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 45
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Маркетинг, PR, реклама 8
    • О бизнесе популярно 22
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 5
  • Детективы и триллеры 827
    • Боевики 111
    • Дамский детективный роман 10
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 74
    • Исторические детективы 166
    • Классические детективы 52
    • Криминальные детективы 62
    • Крутой детектив 39
    • Маньяки 8
    • Политические детективы 21
    • Полицейские детективы 119
    • Прочие Детективы 225
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 456
    • Шпионские детективы 29
  • Детские 102
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 40
    • Детские остросюжетные 15
    • Детские приключения 47
    • Детские стихи 3
    • Прочая детская литература 13
  • Детские книги 214
    • Детская фантастика 75
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 56
  • Документальная литература 247
    • Биографии и мемуары 159
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 3
    • Научпоп 2
    • Прочая документальная литература 22
    • Публицистика 79
  • Дом и Семья 47
    • Домашние животные 4
    • Здоровье и красота 9
    • Кулинария 5
    • Прочее домоводство 1
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 2
    • Эротика и секс 23
  • Драматургия 13
    • Драма 12
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 1
    • Базы данных 1
  • Любовные романы 10854
    • Исторические любовные романы 332
    • Короткие любовные романы 850
    • Любовно-фантастические романы 5053
    • Остросюжетные любовные романы 163
    • Порно 29
    • Прочие любовные романы 23
    • Слеш 213
    • Современные любовные романы 4611
    • Фемслеш 18
    • Эротика 2186
  • Научно-образовательная 117
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 12
    • Биофизика 2
    • Биохимия 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 2
    • Зоология 1
    • Культурология 14
    • Литературоведение 9
    • Медицина 14
    • Обществознание 3
    • Педагогика 2
    • Политика 13
    • Прочая научная литература 24
    • Психотерапия и консультирование 4
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 5
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 9
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 255
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 123
    • Карьера 4
    • Психология 134
  • Поэзия и драматургия 12
    • Драматургия 5
    • Поэзия 7
  • Приключения 230
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 129
    • Морские приключения 31
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 51
    • Путешествия и география 15
  • Проза 696
    • Антисоветская литература 1
    • Военная проза 33
    • Историческая проза 111
    • Классическая проза 59
    • Контркультура 5
    • Магический реализм 29
    • Новелла 4
    • Повесть 13
    • Проза прочее 7
    • Рассказ 37
    • Роман 47
    • Русская классическая проза 22
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 3
    • Советская классическая проза 25
    • Современная проза 705
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 404
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 2
    • Музыка 1
    • Театр 1
    • Фанфик 395
  • Религия и духовность 70
    • Буддизм 1
    • Религия 8
    • Самосовершенствование 18
    • Эзотерика 45
  • Справочная литература 18
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 4
    • Руководства 4
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 3
  • Старинная литература 35
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 11
    • Прочая старинная литература 20
  • Техника 1
    • Автомобили и ПДД 1
  • Фантастика и фентези 10091
    • Альтернативная история 1401
    • Боевая фантастика 2239
    • Героическая фантастика 545
    • Городское фэнтези 581
    • Готический роман 2
    • Детективная фантастика 251
    • Ироническая фантастика 64
    • Ироническое фэнтези 52
    • Историческое фэнтези 152
    • Киберпанк 93
    • Космическая фантастика 604
    • Космоопера 12
    • ЛитРПГ 576
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 165
    • Научная фантастика 394
    • Попаданцы 2952
    • Постапокалипсис 321
    • Сказочная фантастика 3
    • Социально-философская фантастика 172
    • Стимпанк 47
    • Технофэнтези 16
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 269
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 92
    • Фэнтези 5294
    • Эпическая фантастика 110
    • Юмористическая фантастика 527
    • Юмористическое фэнтези 333
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 66
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 26
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 33
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • [email protected]
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2025. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен