От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера

Аминокислоты и пептиды

До сих пор слово «пептиды» использовалось просто как обозначение одного из многих классов молекул-биорегуляторов — примерно так же, как мы говорим «собака», увидев симпатичное животное, дружелюбно помахивающее хвостом. Однако эксперт-собаковед не согласился бы с таким упрощенным подходом ко всему собачьему племени в целом. Ведь несмотря на то, что все собаки — родственники и относятся к одному и тому же виду Canis familiaris в зоологической классификации, их свойства могут быть совершенно различными.

Для химика аминокислоты, пептиды и белки — тоже родственники, и очень близкие. Их молекулы состоят всего из пяти типов атомов: углерода (С), азота (N), кислорода (О), водорода (Н) и, значительно реже, серы (S). Пептиды и белки представляют собой полимеры, то есть цепочки из нескольких мономерных единиц — как раз эти единицы и называются аминокислотами.

Пептиды, функционирующие в организме, построены, как правило, лишь из вполне определенных аминокислот вида:

Когда аминокислоты соединяются в цепочку (это происходит с выделением молекул воды), образуется типичный пептид:

Элемент CONH, называемый пептидной группой, или пептидной связью, повторяясь, образует остов молекулы (в дословном переводе с английского backbone — «костяк, скелет»), а различные типы атомных группировок, ответвляющиеся от остова и условно обозначенные буквами R1, R2, R3, R4... Rn называются боковыми цепями. Каждая боковая цепь имеет свою индивидуальность: в целом пептидная цепочка напоминает модные в свое время ожерелья из разноцветных и разнокалиберных кусочков пластмассы — тем более что молекула пептида иногда бывает замкнута в кольцо.

Разнообразие аминокислот, из которых образуются природные пептиды, не так уж велико: подавляющее большинство пептидов состоит всего из двадцати типов мономеров. Инструкция по включению в пептидную цепь именно этих двадцати аминокислот записана в молекулах нуклеиновых кислот, обеспечивающих передачу всей генетической информации об организме от поколения к поколению.

Нуклеиновые кислоты представляют собой, как уже говорилось, очень длинные полимеры, построенные из мономеров нуклеотидов. В свою очередь, нуклеотиды состоят из оснований, присоединенных к сахарам одного из двух типов — рибозы и дезоксирибозы. Именно сахара образуют полимерную цепочку — или из рибозы (рибонуклеиновая кислота, РНК), или из дезоксирибозы (дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК). Особые биохимические механизмы «прочитывают» каждые три нуклеотида, стоящие подряд в цепочке ДНК, и воспринимают эту информацию как приказ либо начать синтез белковой молекулы, либо выбрать из запасов организма какую-либо аминокислоту, либо завершить синтез. Соответствие между тройками нуклеотидов и выбираемыми аминокислотами устанавливает генетический код, открытие которого до сих пор можно смело считать самым большим достижением молекулярной биологии. А правилами этого кода предусмотрен выбор только упомянутых выше двадцати аминокислот.

Правда, в природных пептидах и белках иногда встречаются и другие аминокислоты. Но они, как говорят на молекулярно-биологическом жаргоне, не кодируются, а получаются в организме из аминокислот, уже включенных в состав пептидных молекул.

Такое сверхкороткое описание сложнейшей проблемы, официально называемой ни много ни мало «центральной догмой молекулярной биологии», может создать впечатление, что ее решение далось легко и просто. На самом же деле это потребовало многих лет труда, сотен, если не тысяч, изощренных экспериментов и немалых чисто человеческих разочарований, ибо об устройстве, например, генетического кода были выдвинуты десятки остроумнейших гипотез, а уцелела в результате лишь одна.

К тому же превращение этой гипотезы в общепризнанную (на уровне Нобелевской премии) теорию немедленно выдвинуло новую проблему: почему данная тройка нуклеотидов означает выбор именно данной аминокислоты? И тогда пришлось ставить новые эксперименты, придумывать новые гипотезы и так далее. Иными словами, в науке удачный ответ — это только повод для новых вопросов, и в этом смысле творческая жизнь научных работников отличается от бега белки в колесе лишь возможностью в случае успеха расширить размеры колеса.