Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК - Маркел Ховард

Описывая неделю с 20 по 28 февраля в книге «Двойная спираль», Уотсон изложил ход событий так, как будто он осознал значение соединения азотистых оснований в пары буквально в двадцать четыре часа. В его версии вскоре после разъяснений Донохью о кето-конфигурации оснований в лабораторию пришел Крик и разбил предложенную Уотсоном структуру по принципу «подобное к подобному» с кристаллографической точки зрения, показав, что она не соответствует рентгенограммам Розалинд Франклин, которые свидетельствуют о периодичности вдоль длинной оси 34 Å. Согласно модели Уотсона, спираль должна делать полный оборот через 68 Å с углом спирального вращения всего в 18о, что физически невозможно. Кроме того, она никак не объясняла правила Чаргаффа. Уотсону пришлось признать, что структура, казавшаяся прекрасной лишь несколько часов назад, не годится.

По воспоминаниям Крика, только через неделю, в пятницу, 27 февраля, Уотсон окончательно отказался от модели «подобное к подобному». В тот день, пока Крик занимался бумагами за своим столом, Уотсон с Донохью что-то чертили мелом на доске. Неожиданно их одновременно озарило понимание того, что соотношения «аденин: тимин» и «гуанин: цитозин» как 1:1 можно объяснить определенным их соединением в пары. «Это, казалось, слишком хорошо, чтобы быть правдой, – рассказывал Крик. – Мы все трое решили, что нужно поместить основания рядом и установить водородные связи, и на следующий же день Джим пришел и сделал это»{1116}.

Впоследствии Уотсон заявлял, что тогда не вслушивался в слова{1117} и, кроме того, дулся на Донохью за развенчание его теории «подобное к подобному». Ему не хотелось заниматься подсказанными Донохью кето-формами из опасения снова упереться в несоответствие расположения водородных связей данным рентгеновской кристаллографии. Оставалось надеяться, что в голову придет идея получше.

Изготовление деталей для модели опять задерживалось на несколько дней. Без этих железок трудно было разобраться с водородными связями между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. За неимением лучшего Уотсон стал вырезать изображения азотистых оснований из картона{1118}.

Когда он покончил с этим «оригами», уже смеркалось. В воздухе разливалось пение на вечерней церковной службе, напомнив Уотсону, что он уговорился с Поп Приор и ее девушками сегодня вечером сходить в театр на комедию «Соперники» Ричарда Шеридана, персонаж которой по имени миссис Малапроп отличался употреблением неподходящих, но похоже звучащих слов вместо нужных, что выходило смешно{1119}.

В субботу, 28 февраля, Уотсон, придя утром на работу, никого не застал. Он освободил стол от бумаг, сточенных карандашей и грязных чашек, разложил вырезанные накануне картонные «детали» и, выкинув из головы все ранее придуманное, стал по-всякому комбинировать картонки, стараясь сообразить, где могут образовываться водородные связи. Он снова опробовал дорогое своему сердцу соединение подобного с подобным и опять убедился, что оно никуда не ведет{1120}.

Существует легенда о том, как древнегреческий математик Архимед (287–212 гг. до н. э.) открыл свой знаменитый закон. Он захотел принять ванну и, погрузившись в воду, заметил, что ее уровень поднялся. Архимед сообразил: объем вытесненной им воды равен объему погруженного в нее тела – и воскликнул: «Эврика!» (греч. Εύρηκα – «Я нашел!»){1121}. Это слово стало символом неожиданного научного открытия. Вскоре после объяснений Донохью о таутомерах азотистых оснований и специфике водородных связей настал и для Уотсона момент воскликнуть «Эврика!», и произошло это не менее эффектно, чем deus ex machina{1122}. Уотсон соединил картонные кето-формы аденина и тимина двумя водородными связями и не поверил своим глазам. Эта комбинация оказалась такой же формы, как и пара «гуанин – цитозин», соединенная хотя бы двумя водородными связями, причем структуры азотистых оснований сошлись в пары совершенно естественно и одинаковая форма пар тоже получилась безо всякой дополнительной подгонки. Уотсон воззвал к Донохью, чтобы тот оценил конфигурацию этих пар оснований{1123}.

Донохью внимательно рассмотрел картонки и объявил, что не видит в предполагаемой конфигурации никаких недостатков. Когда Уотсон это услышал, его пульс понесся вскачь. Он разгадал загадку правил Чаргаффа! А ведь даже тот, чье имя эти правила носили, не смог с ней справиться. Здесь Донохью, словно оруженосец в пьесе Шекспира, покидает сцену истории открытия ДНК. В 2018 г. Уотсон выразил сожаление: «Мы, конечно, нехорошо поступили по отношению к Джерри Донохью. Его работа была настолько важной, что он мог бы быть нашим соавтором. Это был прорыв. На том раннем этапе развития квантовой химии мало кто знал о кето- и енольных формах»{1124}.

Донохью сыграл свою роль. Теперь Уотсон сосредоточился на том, каким образом обеспечивается равенство количеств пуринов и пиримидинов: для этого необходимо, чтобы аденин всегда связывался только с тимином, а гуанин – с цитозином. Благодаря образованию водородных связей образуется определенная парная структура, повторяющаяся вдоль оси внутри двойной спирали. Это было так просто и изящно! А главное, складывалась удовлетворительная схема репликации, гораздо более разумная, чем позволяло ранее рассматривавшееся соединение оснований в пары по принципу «подобное с подобным», потому что если аденин всегда составляет пару с тимином, а гуанин – с цитозином, значит, последовательности оснований в двух цепях молекулы ДНК комплементарны друг другу: «Последовательность оснований в одной цепи определяется последовательностью оснований во второй цепи двойной спирали. Теперь легко видеть принцип: отдельно взятая цепь может служить матрицей для синтеза цепи с комплементарной последовательностью»{1125}.

Словно ожидая Санта-Клауса в канун Рождества, Уотсон стоял на пороге помещения № 103. Как только в дверях показался Крик, он объявил: «Ответ на все вопросы у нас в руках»{1126}. Следуя методу их сотрудничества, согласно которому каждый придерживался здорового скептицизма в отношении идей другого и имел право не оставить от них камня на камне, совершенно не задевая чувств партнера и не навлекая на себя его обиду, Крик внимательно изучил структуру, предложенную Уотсоном. Его тоже поразило очевидное теперь, но тем не менее таинственное совпадение формы пар «аденин – тимин» и «гуанин – цитозин». Как будто все семейство безуспешно билось над кроссвордом, а решил его самый младший член семьи, пока старшие спали{1127}.

Сравнивая данные рентгеновской кристаллографии с конфигурациями из картонок Уотсона, Крик подтвердил свою догадку о том, что гликозидные связи, соединяющие азотистые основания с сахарными остатками, ориентированы вдоль оси симметрии второго порядка перпендикулярно продольной оси спирали: «Таким образом, обе пары могли переворачиваться, сохраняя направленность гликозидных связей»{1128}. Благодаря стереохимическому подходу Донохью картонные кусочки головоломки Уотсона теперь идеально отображали симметрию C2 элементарной ячейки, описанную Розалинд Франклин в отчете для Совета по медицинским исследованиям, который Перуц показал Крику и Уотсону. Разобравшись в том, что получилось у Уотсона, Крик хлопнул его по спине и воскликнул вне себя от радости: «Смотри – правильная симметрия!»{1129} И Уотсон понял, о чем толковал Крик, когда говорил, что данная цепь может содержать и пурины, и пиримидины. В то же время сахаро-фосфатные остовы двух цепей должны быть противоположно направленными{1130}.