Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

Если число аминокислот в пептиде превышает дюжину, но не доходит до сотни, то такое соединение называют полипептидом («поли» по-гречески «много»). Секретин и другие гормоны подобной природы построены из аминокислотных цепей, содержащих больше дюжины, но меньше сотни аминокислотных остатков, и поэтому их иногда называют не белковыми, а полипептидными гормонами.

Сказав, что секретин является полипептидным гормоном, по логике вещей надо сделать следующий шаг и решить, какие аминокислоты содержатся в его молекуле и сколько каждой из них. К сожалению, это не слишком простая задача. Секретин образуется в весьма малых количествах, и при выделении его из ткани двенадцатиперстной кишки попутно выделяется еще несколько белков. Присутствие этих примесей, естественно, затрудняет анализ.

Однако в 1939 году секретин удалось получить и кристаллах (только чистый белок может быть получен в такой форме). После анализа кристаллов секретина было выяснено, что каждая его молекула состоит из следующих аминокислот, трех остатков лизина, двух аргинина, двух пролина, одного гистидипа, одного глютаминовой кислоты, одного аспарагиновой кислоты и одного метионина. Таким образом, молекула секретина содержит 11 видов аминокислот, а всего в ней содержится 36 аминокислотных остатков. Используя сокращения Бранда можно записать формулу секретина следующим образом: lys3arg3pro2his1glu1asp1met1X25

Буквой «X» обозначена неизвестная аминокислота.

Но даже определив все аминокислоты, содержащиеся в молекуле секретина, мы все равно столкнулись бы с проблемой выяснения точной структуры его молекулы. Нам осталось бы выяснить, в какой последовательности расположены аминокислоты в полипептидной цепи секретина. Если, допустим, вы знаете, что в некоем четырехзначном числе есть две шестерки, четверка и двойка, то все равно остается неопределенность относительно того, с каким числом вы имеете дело. Это может быть 6642, 2646, 4662 или любое из ряда других сочетаний. В математике существуют стандартные способы вычисления возможных сочетаний, которые можно построить из различных наборов единиц, и результаты таких вычислений потрясают воображение. Положим, что состоящая из 36 аминокислот молекула секретина содержит по две из восемнадцати различных аминокислот. Общее количество возможных последовательностей превысит число 1 400 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Это может показаться невероятным, но дело обстоит действительно так. И это, заметьте, касается мелкой белковой молекулы. Положение с белковыми молекулами средней величины намного сложнее, и этот факт может дать вам представление о том, с какими трудностями столкнулись биохимики, пытаясь выяснить строение белковых молекул.

Еще более поразительный факт, однако, заключается в том, что после Второй мировой войны биохимикам удалось разработать гениальную технологию, с помощью которой можно было отныне определять точную последовательность аминокислотных остатков в белковых молекулах (находя одну-единственную возможность из бесчисленных триллионов возможных комбинаций).

Выделение сложности структуры белковой молекулы, только что продемонстрированной на примере секретима, вызывает удивление перед способностью клетки вырабатывать такие сложные молекулы правильно, выбирая одну структуру из всех возможных. В действительности это ключевой химический процесс в живых тканях, подробности которого были частично раскрыты в течение последнего десятилетия.

Даже если мы допустим, что клетка может вырабатывать правильно построенные молекулы белка, то может ли она с нуля делать это столь быстро, что следовые количества кислоты в желудке могут вызвать настоящий поток секретина в кровеносное русло? При всем уважении к клетке такого трудно ожидать, и действительно начинается выброс секретина в кровь отнюдь не с нуля.

Секретин — продуцирующие клетки слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки — готовят молекулы вещества, называемого просекретином («предсекретина»), находясь в состоянии покоя. Просскретин запасается в клетке и хранится наготове. Для того чтобы превратить неактивную молекулу просекретина в активный секретин, очевидно, требуется небольшое изменение в его молекуле. Таким образом, стимулирующее действие кислоты сводится к небольшому изменению структуры готовой молекулы и не требует сложной работы по синтезу полипептидной цепи. Логично предположить, что просекретин — это относительно большая молекула, слишком большая, чтобы пройти сквозь клеточную мембрану, и это обстоятельство, так сказать, надежно замуровывает ее внутри клетки. Приток кислоты вызывает расщепление молекулы просекретина на более мелкие фрагменты, и эти фрагменты — а это и есть секретин диффундируют в кровеносное русло. Просекретин, таким образом, напоминает блок перфорированных почтовых марок. Для того чтобы отправить письмо, надо оторвать марку от блока, но целые блоки покупают и храпят дома до того момента, когда потребуется марка.

В связи с этим может возникнуть еще один вопрос: каким образом гормоны (и секретин, в частности, уж коли я заговорил об этом конкретном гормоне) реализуют свой ответ? Как ни странно это звучит, но несмотря на более чем полувековую историю изучения и удивительные успехи, которых биохимия добилась на всех направлениях, ответ па этот вопрос остается полной загадкой. Эта загадка касается не только секретина, но и практически всех других гормонов. К настоящему времени точно не установлен механизм действия ни единого гормона. Вначале, сразу после открытия секретина и подобных ему гормонов, было обнаружено, что это мелкие белковые молекулы, оказывающие свое специфическое действие в очень малых концентрациях (всего лишь 0,005 мг секретина — менее чем одной пятимиллионной части унции — достаточно для ответной реакции поджелудочной железы собаки), и поэтому было высказано предположение, что они действуют так же, как энзимы. Энзимы тоже являются белками и действую; в ничтожно малых концентрациях. Энзимы обладают способностью ускорять специфические реакции, и вполне возможно, что гормоны в организме делают то же самое.

Когда секретин попадает в поджелудочную железу, он, возможно, ускоряет какую-то ключевую реакцию, которая в его отсутствие идет очень медленно. Эта ключевая реакция, вероятно, запускает каскад реакций, который заканчивается образованием и секрецией порций панкреатического сока. Малый по интенсивности стимул в таких условиях может вызвать крупномасштабную реакцию. Эти механизм по своему действию напоминает действие рычажка в автомате пожарной сигнализации. Стоит потянуть за рычажок, как в пожарную часть поступает электрический сигнал. Пожарные собирают свои приспособления для тушения огня, и красные машины с воем сирен несутся по улицам к месту возгорания. Такой мощный ответ на легкое смещение рычажка. К сожалению, в отношении гормонов эта теория оказалась несостоятельной. Обычно энзимы проявляют свое ускоряющее воздействие на реакцию в пробирке не хуже, чем в живом организме, и в самом деле энзимы всегда изучались в пробирках, выражаясь научным языком, in vitro(«в стекляшке», лат.), что позволяет проводить нужные реакции в контролируемых условиях. Однако с гормонами этого сделать не удастся. Очень немногие гормоны проявляют способность ускорять специфические биохимические реакции в пробирках. Кроме того, многие гормоны оказались по своей структуре не белками, а насколько мы знаем, все энзимы являются именно белками. Представляется, что единственный вывод, который мы можем сделать на основе этих данных, — это что гормоны не являются катализаторами. Была выдвинута вспомогательная теория о том, что, хотя сами гормоны не являются энзимами, они способствуют проявлению действия некоторых энзимов, которые ускоряют те или иные специфические реакции только в присутствии данного гормона. Или, возможно, существует целая энзимная система, выполняющая цепь реакций, противодействующих какому-то определенному эффекту. Гормоны подавляют активность какого-либо из этих энзимов. Такой гормон ингибирует («подавляет», «задерживает», лат.)активность энзимов. Это останавливает реакцию противодействия какому-либо процессу, и он начинает идти. Таким образом, быть может, поджелудочная железа могла бы постоянно вырабатывать панкреатический сок, если бы не какая-то ключевая реакция, которая этому противодействует. Секретин, блокируя эту реакцию, запускает синтез и секрецию панкреатического сока. Такой способ действия кажется весьма неуклюжим, но некоторые механизмы, сделанные людьми, работают по такому же принципу. Например, охранная сигнализация может быть сконструирована таким образом, что звонок не работает, пока в цепи прибора течет ток, но, как только взламывают дверь или окно, прерывая ток, звонок срабатывает.