Латвия моей судьбы

Глава 16. Загадки гормонов

Прошло почти полтора десятка лет с той поры, как Гунар Чипенс — один из воспитанников известной в Латвии научной химической школы академика Густава Ванага — вместе с молодыми коллегами закладывал основы методики синтеза новых гормональных препаратов. В те годы под его руководством вышли на поприще большой науки молодые химики Пётр Романовский, Айгар Паварс. Они повторили тогда в лабораторных условиях весь процесс образования ангиотензина, который происходит в природе. Один грамм этого соединения способен повысить кровяное давление у десяти миллионов людей, оно может предотвращать шоковые и коллаптические состояния.

И если тогда они сообща изучали только первые подходы к созданию гормональных препаратов, выявляя закономерности целенаправленного синтеза, то сегодня делают это, определённо зная, какое соединение должно получиться. Проблемы синтеза решаются на тончайшем молекулярном уровне, и здесь необходимы знания химиков, физиков, фармакологов, биологов, биохимиков и даже математиков. Такими именно специальностями обладают сотрудники большого институтского отдела, выросшего из лаборатории химии пептидов.

Хотя у Гунара Чипенса, уже доктора химических наук, теперь немало забот как у директора Института органического синтеза Академии наук Латвийской ССР, он по-прежнему стоит во главе большого комплекса исследований по химии пептидов, создавая свою школу в этой области.

Что же такое пептиды? К ним относится группа органических веществ, в молекулы которых входит несколько аминокислот, соединённых между собой подобно звеньям цепочки, чем больше звеньев, тем, соответственно, длиннее цепочка. Чтобы создать медицинские препараты, относящиеся к пептидным гормонам, надо было понять, как поведёт себя в организме новое соединение, изучить механизм взаимодействия гормона и клетки.

— В организме человека, — рассказывает Чипенс, — каждую долю секунды совершается множество различных химических реакций, происходят они в сотнях миллиардов клеток строго согласованно по месту и времени с другими процессами. Наводят этот порядок таинственные регуляторные механизмы, изучение которых — одна из основных задач современного естествознания.

Мы беседуем в большом директорском кабинете. Фактически мемориальном. Шесть лет назад отсюда навсегда ушёл Соломон Аронович Гиллер — первый директор и создатель института. С тех пор в кабинете ничего не изменилось: большой дизайнерский гобелен неброских пастельных тонов всё также отражается в стёклах стенного шкафа, где стоят строгими рядами книги, монографии, обобщённые труды по материалам всех симпозиумов, конференций и совещаний, в том числе и международных. Но уже без Гиллера на его столе в 1980 году появилась маленькая фигурка золотого Меркурия на тёмной мраморной подставке — международная награда за развитие производства медикаментов и международное сотрудничество.

В конце шестидесятых годов в лаборатории Чипенса были начаты исследования тонких механизмов действия, молекулярной структуры и функций пептидных гормонов, изучение закономерностей их взаимодействия с оболочкой (мембраной) клетки. Мембрана, отдельные участки которой выполняют функции рецепторов, представляет собой динамический комплекс различных белков и липидов со многими другими соединениями.

Тогда-то здесь выдвинули своё объяснение: как именно взаимодействует пептидный гормон с рецептором в организме. Связь между органом управления и органом — исполнителем осуществляется посредством сигнала. Он возникает тогда, когда молекула гормона взаимодействует с рецептором клетки. Так на молекулярном уровне передаётся биохимическая информация. При её передаче существенное значение имеет форма молекулы. Пептидные гормоны, как и белки, построены из двадцати природных аминокислот, длинной нитью вытянувшихся одна за другой. Каждый гормон отличается от другого числом и последовательностью аминокислот в молекуле, как слова нашего языка отличаются числом и последовательностью букв. Однако, в отличие от слов, информация в молекулах гормонов может быть закодирована и пространственными формами нитей аминокислот. Нить может быть изогнута или свёрнута в пространстве самым причудливым образом.

Природа придумала так, что молекула гормона отлично «знает» свой адрес, тот именно рецептор на клеточной оболочке, с которым ей надо вступить во взаимодействие. При таком контакте взаимно изменяется их пространственная молекулярная структура, рецепторная система переключается из неактивного состояния в активное, и возникает вторичный сигнал. Тогда-то и происходят дальнейшие биохимические превращения внутри клетки, в конце концов — ответная физиологическая реакция.

— Основываясь на этих явлениях, — продолжает Гунар, — мы выбрали для дальнейшего изучения группу пептидных гормонов, действующих главным образом на гладкую мускулатуру, и разработали теоретическую модель их структурно-функциональной организации и взаимодействия с рецепторами. Мы строили эту модель, исходя также из теории информации и теории биохимической универсальности.

Согласно теории информации, взаимодействие двух объектов, связанное с передачей (обменом) информации, определяется не всеми характерными свойствами и признаками объектов, а только некоторой их частью, например, для которой учёные дали обозначение: сигнатура. Здесь мы можем провести аналогию с тем, как мы узнаём людей в повседневной жизни. В зависимости от конкретной ситуации мы своего знакомого можем узнавать по профилю, по голосу, по звуку шагов и т. д. Короче говоря, для узнавания объекта требуются лишь немногие характерные признаки, то есть его сигнатура. Вспомним, например, каким малым числом штрихов искусному карикатуристу удаётся изобразить свою «жертву». Но как молекула узнаётся клеточными рецепторами, как узнать сигнатуры, которые определяют этот процесс? Что касается пептидных гормонов, то известно, что один и тот же из них действует на разные органы, вызывая различные ответные реакции, то есть обладает определённым спектром биологического действия, своим индивидуальным характером. Но в его характере могут появиться новые черты, новые свойства, если химическим путём модифицировать какую-либо из аминокислот в его молекуле. Различные гормоны, несмотря на отличающуюся в целом структуру, могут иметь часть одинаковых свойств.

Чипенс сообщает мне интересную новость:

— Мы разработали своё определение информации, которой на молекулярном уровне обмениваются гормоны и рецепторы. Информация — это пространственная структура молекулы в данное время, в данный момент. А передача информации — это изменение молекулярной структуры с целью управления биоорганическими процессами.

К этому чрезвычайно тонкому аспекту, взятому в основу модели структурно-функциональной организации пептидных гормонов, учёные присовокупили положение о биохимической универсальности. Имеется в виду универсальность строения и свойств биохимических систем, к каковым относится и человеческий организм, принципов их действия и управления, кодирования. Исходя из этой концепции, должны существовать какие-то общие, универсальные принципы и в декодировании информации, записанной природой в молекулах пептидных, белковых и небелковых гормонов. Если такие принципы существуют, то они должны как-то отразиться и в структурах этих соединений, то есть разные гормоны должны иметь какие-то общие части структуры.

Для ответа на этот вопрос был применён интересный метод, к которому часто прибегают лингвисты и криптографы, выясняя особенности различных языков и расшифровывая кодированные сообщения.

Сейчас в лаборатории пристальное внимание сосредоточено на циклических структурах некоторых пептидно-белковых аналогов. Их модификация сулит рождение новых соединений. Например, для понижения давления крови в сосудах при гипертонических кризах. Чипенс и его коллеги уже синтезировали одно вещество относящееся к циклобрадикининам, способное вызвать стойкое понижение давления продолжительностью в два часа.

— Представляете, — сказал на прощание Гунар, — ради этих двух часов стоит работать и пять, и шесть лет.

«Советская Латвия»,

13 февраля 1981 год

Академик Чипенс Гунар Игнатьевич (1933–2014 годы)