Очевидно, что-то изменится с внедрением метода ядерно-магнитной резонансной спектроскопии, позволяющего исследовать трехмерную структуру белковых молекул. Разработал его швейцарский биофизик Курт Вютрих, удостоенный в 2002 году Нобелевской премии по химии (см. «Знание — сила», 2003, № 2).
По отзывам специалистов, данный метод позволит в обозримом будущем составить атлас всех человеческих белков. С его помощью удается фиксировать изменения атомных ядер под действием электромагнитного излучения. Проше всего исследовать атомы водорода. Любая белковая молекула содержит сотни, а то и тысячи атомов водорода. Если удастся опознать отдельные атомы, то можно примерно представить себе структуру молекулы. Однако данный метод пригоден лишь для исследования небольших белковых молекул. Впрочем, говорит Вютрих, в ближайшие лет десять не следует и надеяться на то, что появится автомат, который по одному нажатию кнопки выдаст вам трехмерное изображение того или иного белка.
Что касается крупных белков, то некоторые исследователи, стремясь понять их структуру, прибегают даже к математическим методам — пробуют просчитать, какая из возможных форм молекулы была бы наиболее стабильна. Создав компьютерную модель, они проверяют на практике, верен ли их прогноз. Впрочем, пока не удалось создать надежную схему прогнозирования структуры белковых молекул. Одно слово — «эксцентрики»!
Зачем они нам нужны? Зачем мы изучаем протеины?
На все руки протеины
Белковые молекулы впрямь «мастера на все руки». Они состоят всего из двух десятков аминокислот, но те расположены в самой разной последовательности. Вот почему количество видов белковых молекул исчисляется миллионами. Они выполняют в организме человека самые разные функции.
В любом процессе, протекающем внутри нас, хоть одна белковая молекула да участвует. Сражаться! Антитела — это белки, защищающие организм человека от проникновения бактерий и токсинов. Они атакуют белковые молекулы, находящиеся на поверхности микроба, и нейтрализуют их.
А еще они маркируют вредные бактерии, проникшие в организм, и по этим меткам клетки иммунной системы разыщут незваных гостей и уничтожат их.
По своей форме антитела напоминают латинскую букву Y. Их концевые участки легко видоизменяются. Антитела постоянно пытаются принять новую форму. Если какая-то форма окажется особенно хороша в борьбе с определенным микробом, это будет отмечено в «архивах» иммунной системы человека. В следующий раз, когда такой же микроб проникнет внутрь человека, иммунная система применит новое грозное оружие и расправится с агрессором.
Управлять! Многие белки можно назвать «чиновниками по особым поручениям». К ним поступают приказы, пересылаемые, например, вместе с гормонами, а уж они извещают об этом ядро клетки, где поселились. Все идет своим чередом... Но иногда чиновники, словно соскучившись по верховной власти, сами начинают издавать указы, игнорируя команды, приходящие извне. Так, по их произволу клетка организма «отделяется» от своего государства. Распорядится такой честолюбивый чиновник: «Расти!», и клетка переродится — так, с пустячка, с «бунта в удельном княжестве» разовьется раковое заболевание. Сейчас ученые исследуют, как можно обуздать этих «чиновников», то бишь белковые молекулы, вздумавшие проявить необычайное рвение. Это позволит пресечь развитие рака на ранней стадии. Методами генной инженерии уже получены антитела, выискивающие таких «бунтовщиков». Они хорошо зарекомендовали себя при лечении некоторых форм рака.
Строить! Белок коллаген — основной строительный элемент нашего тела. Гибкий, прочный, надежный! Из него сложены кости, сухожилия, связки, хрящи, зубы, кожа и кровеносные сосуды. В организме человека почти четверть всех белковых молекул — коллаген. Его молекула устроена гораздо проще многих других. Она напоминает канат, скрученный из трех нитей. Это обусловливает особую прочность коллагена. Попробуйте разорвать канат!
Усваивать пищу! Один из важнейших пищеварительных ферментов — трипсин. Его вырабатывает поджелудочная железа. В тонком отделе кишечника всем распоряжается трипсин. Эта белковая молекула измельчает другие белки, чтобы облегчить поглощение их кишечником. Тело «сжигает» эти осколки, добывая энергию, или конструирует из них собственные белковые молекулы.
Платить по фальшивым счетам
Затем, что мы болеем. Снова прибегну к сравнению. Геном — это русло реки, проложенное поколениями потоков, проносившихся по нему. Протеом — это бурление и плеск миллиона капель, мчащихся по реке в данную секунду. Мы можем описать идеальный поток, соответствующий этому руслу, а по сиюминутной фотографии, сравнив ее с эталоном, поймем, что сейчас — половодье или сушь, или на Энском горнообогатительном комбинате в очередной раз прорвало очистные сооружения. Точно так же, сравнив состояние человека с идеальным протеомом, можно понять, какими недугами он страдает. Ведь многие наши болезни вызваны нарушениями синтеза протеинов — их перепроизводством или дефицитом.
* Так, при болезнях, вызванных неправильным обменом веществ, в организме наблюдается недостаток белковых молекул или они бездействуют.
