МиК. Глава 6. Настольная модель

А теперь давайте посмотрим, как «кузнечики» утерли нос «муравьям».

Есть в ведомстве Министерства науки и высшего образования Российской Федерации организация ГНЦ ИБХ РАН – Институт биоорганической химии имени академиков Михаила Михайловича Шемякина и Юрия Анатольевича Овчинникова. В структуре института 18 отделов и более 70 научно-исследовательских лабораторий. Один из отделов носит название – Отдела структурной биологии.  Одна из пяти лабораторий этого  отдела  – Лаборатория Моделирования Биомолекулярных Систем, организованная в 2007 году,   занимается «изучением структуры и функций мембранных и мембрано-активных белков и пептидов, лиганд-рецепторных взаимодействий, а также дизайном новых биологически активных соединений, используя так называемые технологии «In silico». То есть компьютерные технологии. Сотрудники не играют кубиками, шариками и проволочками для построения наглядных моделей биомолекул, а делают тоже самое, но только на экранах компьютеров.

Для чего я привел эти сведения? Для иллюстрации, что и сегодня построение наглядных моделей биомолекул имеет научное значение. И очевидно, не последнее.

Как выглядят те или иные молекулы, если бы они вдруг чудесным образом стали видны, интересовало отдельных представителей человечества довольно давно. По принципу: лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. И не только. Видимая молекула, особенно сложного биологического происхождения, возможно, поможет понять не только ее устройство, но и как она функционирует и вступает во взаимодействие с другими молекулами. И для ответа на главный вопрос, а зачем она нужна организму. Так, в конце концов, и произошло.

Немецкий химик-органик Август Вильгельм фон Гофман (August Wilhelm von Hofmann) славен многими научными достижениями.

И он впервые (в 1865) предложил научной общественности того времени наглядные модели простых органических веществ –  метана, этана и др., которые он соорудил из крикетных шаров и латунных трубочек. Шары были раскрашены в разные цвета: изображающие атом углерода в черный, кислорода – в красный, водорода – в белый, азота – в синий, хлора – в зеленый, фосфора – в фиолетовый,  серы – в желтый. С тех пор такое изображение атомов стало стандартным для моделей в науке стереохимии. А промышленность уже в 20 веке в США выпустила специальные «молекулярные конструкторы» для построения биомолекул.

Лайнус Полинг более 10 лет в Калтехе занимался расшифровкой структуры белков. В конце концов к 1951 году он предложил наглядную модель альфа-спирали белка,  построенную им из подручных материалов.

«Полинг достиг этого, опираясь больше на здравый смысл, чем на сложные математические выкладки. В своих рассуждениях он иногда оперировал уравнениями, но и тут в большинстве случаев можно было бы обойтись словами. Ключ к успеху Лайнуса надо было искать в том, что он доверился Простым законам структурной химии.  Альфа-Спираль была открыта не с помощью простого созерцания рентгенограмм; главный фокус состоял в том, чтобы задать себе вопрос: какие атомы предпочитают соседствовать друг с другом? Основными рабочими инструментами были не бумага и карандаш, а набор молекулярных моделей, на первый взгляд напоминающих детские игрушки» (ДС Гл. 7).

Уотсон, ознакомившись с достижениями Полинга, был абсолютно убежден, что вот именно таким же образом – построением наглядной модели – они с Криком расшифруют молекулу ДНК.  Он не делал тайн из своих намерений  и планов и рассказал о них Морису Улкинсу. Но энтузиазм Уотсона не произвел на Уилкинса впечатление.

Морис полагал, что ДНК представляет собой спираль, состоящую из трех полинуклеотидных цепей. Но подобный факт требует дальнейшего изучения.

Однако Уотсон и Крик построили такую модель к концу ноября 1951 года и растрезвонили по всей округе о своем выдающемся открытии. На модель приехали взглянуть, отдельно друг от друга, естественно, и Морис Уилкинс и Розалинда Франклин.

Морис промолчал, а Рози раздраженно разнесла «игрушку» Крика и Уотсона  в пух и прах.

В их модели ДНК было три полинуклеотидных цепи, закрученных в спираль. В центре они разместили дезоксирибозу и фосфорную кислоту, а азотистые основания-нуклеотиды (Аденин, Тимин, Гуанин и Цитозин) торчали наружу.
 
Как вспоминал Уотсон: «На модель она смотрела с полным пренебрежением». А разъяснения Френсиса Крика для собравшихся на представление обозвала «детским лепетом».

Крик, по ее мнению, ничем не может доказать, что молекула ДНК – спираль, что было чистой правдой. И наиважнейшее замечание – молекулы сахара и фосфорной кислоты должны быть снаружи, а не внутри.

Ей, конечно, было известно, что Лайнус Полинг тоже строил модели альфа-спирали белка, но воспринимала она это обстоятельство как чудачество прославленного ученого.

Мгновенно весть, что Розалинда Франклин уложила на лопатки этих любителей игры в конструктор, разнеслась по всему Кавендишу и достигла руководства. Сэр Лоуренс Брэгг был в ярости. Оргвыводы последовали немедленно. Уотсону и Крику запретили заниматься ДНК. ДНК – удел Кингз-колледжа, и точка. Фрэнсис должен наконец-то заняться делом – работой над своей диссертацией, исследованием поведения кристаллов гемоглобина в растворах солей различной плотности. А после защиты убираться на все четыре стороны. И  Уотсон должен вернуться к своим прямым обязанностям помощника Джона Кендрью в исследовании структуры миоглобина.

Так пролетел практически год. Конечно, ни Уотсон ни Крик не выбросили ДНК из головы, но дальше обсуждений дело не продвигалось. Да и то, чуть не подпольно.

Но за этот год (1952) произошли ряд важных событий.

Алфред Херши и Марта Чейз через оригинальный эксперимент подтвердили правоту Эвери, доказав, что именно ДНК является носителем генетической информации. И вы думаете, что все аплодировали стоя? Уотсон получил длинное письмо от Эла Херши, в котором он рассказывал ему о своих экспериментах и следовавших из них выводах.

«Почти никто из четырех с лишним сотен микробиологов, собравшихся на конференцию (в Лондоне в мае 1952 - ЯЗ), не проявил ни малейшего интереса, когда я зачитывал обширные выдержки из письма Херши… большинству слушателей имя Херши ничего не говорило» (ДС Гл.17).

Уотсон рассказал Крику о правилах Чаргаффа. Но Фрэнсис не проявил ни малейшего интереса. Однако вскоре из бесед с одним  химиком-теоретиком Фрэнсис узнал, что, по-видимому, между аденином и тимином, а также гуанином и цитозином должны существовать силы притяжения. С этого момента Фрэнсис уже не переставал думать о связи правил Чаргаффа с этим обстоятельством.

Примерно в июне 1952 в Кембридж прибыл сам Эрвин Чаргафф. Джон Кендрю устроил обед по этому случаю и пригласил Уотсона и Крика. Кендрю представил ему наших героев, как сотрудников работающих над расшифровкой ДНК.   О реакции Чаргаффа я уже писал.

После выхода в свет «Двойной спирали» Чаргафф также разобиделся. Он написал статью «Белибердинское столпотворение», в которой заметил: «уезжая из Кембриджа, я записал для памяти: «Два бродячих торговца в поисках спирали»».

«После того как Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию 1962 года за открытие двойной спирали ДНК, Чаргафф ушёл из своей лаборатории и написал учёным всего мира о том, что его исключили из научного сообщества» (Википедия).

Примечательно, что и Лайнус Полинг Чаргаффу сильно не понравился. И Лайнусу он не приглянулся. Их свела судьба вместе примерно в это же время (июль 1952). Они ехали на одном корабле через Атлантику. Но общение не получилось. И, думаю, это сыграло не последнюю роль в проигрыше Полингом гонки за ДНК.

И в качестве иллюстрации предположения о возможности расшифровки структуры ДНК в Королевском колледже Лондона приведу забавный эпизод, случившийся в июле 1952.
 
Розалинд Франклин и ее ассистент Рэймонд Гослинг разослали всем, кто был в теме, маленькие белые карточки с черной траурной рамкой. Издевательский текст гласил:

«С глубоким прискорбием мы вынуждены сообщить о смерти спирали ДНК  в пятницу, 18 июля 1952 года. Смерть наступила после продолжительной болезни, которую не удалось облегчить интенсивным курсом инъекций по методу Бесселя [имеется в виду функция Бесселя, которая использовалась для анализа дифракционных картин рентгеновских лучей]. Панихида состоится в следующий понедельник или вторник. Есть надежда, что доктор М. Х. Ф. Уилкинс выступит с речью в память о покойной спирали».

Но самое важное событие произошло в декабре 1952. В Кавендиш пришло известие, что Лайнус Полинг расшифровал структуру ДНК. Все были в шоке. Однако вскоре выяснилось, что Полинг построил трехцепочную модель, чуть не точную копию модели Уотсона и Крика конца 1951 года, которую высмеяла Франклин.

Полинг поспешил оповестить весь научный мир о своем открытии и разместил публикацию об этом в  журнале Proceeds of the National Academy of Sciences - ведущем американском журнале для публикации оригинальных научных исследований в различных областях под эгидой Национальной академии наук США (US National Academy of Sciences, NAS).

Его подвели самоуверенность и ряд непостижимых случайностей.

«У Лайнуса Полинга в Калтехе была… химическая теплица, населенная смертными, над которыми витал бог, не видящий нужды выслушивать чужие мнения. Если бы Лайнус провел той осенью всего несколько дней в библиотеках Калтеха и внимательно ознакомился с литературой по ДНК, то весьма вероятно, что ему пришла бы в голову идея пар азотистых оснований, и сегодня он был бы знаменит открытием не только а-спирали, но и двойной спирали» (Дж.Уотсон. Избегайте занудства. Avoid boring people: lessons from a life in science, 2007).

А случайности? В мае в Лондоне состоялась важная конференция, на которой обсуждалась структура ДНК, а Полинг на нее не попал. Ему не разрешили покинуть территорию США за его политическую активность. Цепь событий свела его чуть не нос к носу с Эрвином Чаргаффом, но он не захотел завязать с ним общение.
 
Вот именно поэтому Лайнус Полинг проиграл соревнование за ДНК.

Когда в Кавендишской лаборатории узнали, как опростоволосился Полинг, никто уже не сомневался, что медлить больше нельзя. Полинг не глупец и скоро поймет свою ошибку. Сэр Лоуренс Брэгг приказал Уотсону и Крику отложить свои дела и все силы бросить на ДНК. Нельзя допустить, чтобы этот американец их обошел в таком деле.
 
В феврале 1953 настольная модель ДНК была готова. В мастерской лаборатории были изготовлены модели Аденина, Тимина, Гуанина и Цитозина. Уотсон приставлял их друг к другу разными способами, опираясь на открытие Чаргаффа, и обнаружил, что стройность модели достичь можно было только одним способом:  пуриновые основания (Аденин и Гуанин) должны быть расположены напротив пиримидиновых (Тимин и Цитозин) и не просто как придется, а развернутые «голова» к «хвосту» Аденин напротив Тимина, а Гуанин напротив Цитозина. И никак иначе. На модели это было ясно и понятно.

28 февраля 1953 года Джими Уотсон и Фрэнсис Крик объявили, что они раскрыли «секрет жизни».

ДНК представляла собой правозакрученную двойную спираль с противоположным направлением цепей.

Розалинд Франклин, увидев новую модель, не высказала ни одного критического замечания.

Как утверждал Уотсон: «Рози, как и почти все остальные, оценила прелесть таких пар оснований и согласилась с тем, что эта структура слишком изящна, чтобы не оказаться истинной».

В марте о модели узнал Лайнус Полинг и также не нашел к чему придраться.

Официально о модели было рассказано в журнале «Nature» от 25 апреля 1953 года.

Продолжение http://proza.ru/2025/11/16/1405