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 47
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Маркетинг, PR, реклама 9
    • О бизнесе популярно 23
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 5
  • Детективы и триллеры 883
    • Боевики 114
    • Дамский детективный роман 11
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 77
    • Исторические детективы 173
    • Классические детективы 58
    • Криминальные детективы 65
    • Крутой детектив 40
    • Маньяки 8
    • Политические детективы 22
    • Полицейские детективы 122
    • Прочие Детективы 246
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 480
    • Шпионские детективы 31
  • Детские 108
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 43
    • Детские остросюжетные 16
    • Детские приключения 49
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 14
  • Детские книги 221
    • Детская фантастика 78
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 60
  • Документальная литература 265
    • Биографии и мемуары 170
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 3
    • Научпоп 3
    • Прочая документальная литература 22
    • Публицистика 86
  • Дом и Семья 54
    • Домашние животные 5
    • Здоровье и красота 11
    • Кулинария 6
    • Прочее домоводство 1
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 3
    • Эротика и секс 26
  • Драматургия 16
    • Драма 15
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 2
    • Базы данных 1
    • Программное обеспечение 1
  • Любовные романы 11317
    • Исторические любовные романы 352
    • Короткие любовные романы 882
    • Любовно-фантастические романы 5263
    • Остросюжетные любовные романы 183
    • Порно 30
    • Прочие любовные романы 24
    • Слеш 222
    • Современные любовные романы 4786
    • Фемслеш 19
    • Эротика 2302
  • Научно-образовательная 124
    • 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 10
    • Медицина 14
    • Обществознание 3
    • Педагогика 5
    • Политика 13
    • Прочая научная литература 25
    • Психотерапия и консультирование 7
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 5
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 9
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 260
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 128
    • Карьера 4
    • Психология 134
  • Поэзия и драматургия 12
    • Драматургия 5
    • Поэзия 7
  • Приключения 239
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 136
    • Морские приключения 31
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 52
    • Путешествия и география 16
  • Проза 737
    • Антисоветская литература 2
    • Военная проза 34
    • Историческая проза 118
    • Классическая проза 60
    • Контркультура 5
    • Магический реализм 30
    • Новелла 4
    • Повесть 13
    • Проза прочее 7
    • Рассказ 37
    • Роман 49
    • Русская классическая проза 23
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 3
    • Советская классическая проза 25
    • Современная проза 733
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 441
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 2
    • Музыка 1
    • Театр 1
    • Фанфик 432
  • Религия и духовность 71
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Религия 8
    • Самосовершенствование 18
    • Эзотерика 45
  • Справочная литература 20
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 4
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 3
  • Старинная литература 36
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 11
    • Прочая старинная литература 21
  • Техника 1
    • Автомобили и ПДД 1
  • Фантастика и фентези 10632
    • Альтернативная история 1480
    • Боевая фантастика 2342
    • Героическая фантастика 571
    • Городское фэнтези 621
    • Готический роман 2
    • Детективная фантастика 260
    • Ироническая фантастика 69
    • Ироническое фэнтези 56
    • Историческое фэнтези 161
    • Киберпанк 99
    • Космическая фантастика 651
    • Космоопера 12
    • ЛитРПГ 598
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 178
    • Научная фантастика 408
    • Попаданцы 3131
    • Постапокалипсис 343
    • Сказочная фантастика 3
    • Социально-философская фантастика 179
    • Стимпанк 52
    • Технофэнтези 17
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 282
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 95
    • Фэнтези 5497
    • Эпическая фантастика 119
    • Юмористическая фантастика 553
    • Юмористическое фэнтези 363
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 71
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 28
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 37
    • 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