Страница 15 из 43
* До сих пор неизвестно, сколько белковых молекул имеется в человеческом организме вообще и в клетках тела, в частности. Так, банк данных «Human Protein Index», созданный калифорнийской фирмой «Large Scale Proteomics» — ведущей фирмой в области исследования протеома, — располагает сведениями о 115 тысячах белков, содержащихся в образцах 157 тканей. Банк данных SWISS PROT содержит сведения о 8500 хорошо исследованных белков.
Еще лет пять назад некоторые специалисты заявляли, что составить атлас человеческих белков сравнительно легко. «Сколько их там? Тысяч тридцать-сорок?» Теперь мы знаем, что по инструкциям, хранящимся в 40 тысячах наших генов, синтезируется от полумиллиона до миллиона белковых молекул. Многообразие белков явно недооценивалось. Их в десятки раз больше, чем генов. Это — первая неожиданность, с которой столкнулись исследователи протеома.
Биологические основы этого многообразия различны. Долгое время считалось, что схема изготовления белков проста: один ген — один вид молекул РНК; один вид молекул РНК — один сорт белков. Догадка оказалась ошибочной. Более половины генов человека «отвечают за выпуск» сразу нескольких молекул РНК. Следовательно, в них заложена инструкция по изготовлению нескольких белков. Вот и сюрприз номер два.
* На этом сюрпризы не кончились. Каждая клетка — как удельный князек — самовольно распоряжается имуществом, оказавшимся на ее территории, изменяя белковые молекулы до неузнаваемости: там красуется довесок из углеводорода, там — лишний сахар, там — украшеньице из фосфора. Так появляются все новые разновидности белков. Иной раз подумаешь, что протеины, как люди: каждый отличается «лица необщим выраженьем».
Итак, исследование протеинов — задача не из легких и не из дешевых.
Анализ структуры белка обходится сейчас в 50 — 200 тысяч долларов. Не случайно семь ведущих американских лабораторий объединились в организацию «Protein Structure Initiative», задавшись целью снизить стоимость анализа до 20 тысяч долларов и исследовать в ближайшие десять лет структуру 10 тысяч новых белковых молекул.
Антитела - это белки, защищающие организм от бактерий. По сваей форме они напоминают латинскую букву Y
Попутно биохимики проверяют, как ведет себя эта молекула, — действует ли она в одиночку или вместе с другими протеинами. Оказывается, белковые молекулы чаще всего действуют сообща. Это тоже стало неожиданностью для ученых. Долгое время считалось, что белки выполняют свои функции поодиночке.
* В опытах, проведенных немецкой фирмой «Cellzome» и канадской фирмой «MDS Proteomics», удалось выявить в дрожжах сотни комплексов белковых молекул. В некоторые объединения входило до 80 белков. Одни из этих товариществ сохранялись долгое время; другие распадались, едва возникнув.
* Немецкий исследователь Петер Ютц подсчитал во время эксперимента, что 1548 белковых молекул дрожжей совершили свыше 2350 различных совместных действий.
* Подобный коллективизм заметно затрудняет исследование. «Структурный анализ белков нельзя автоматизировать, как автоматизировали исследование генома. Молекулы ДНК относительно неизменны и одинаковы — любую из них можно исследовать по одной и той же схеме. А вот протеины — сущие эксцентрики: ни один не похож на другой», — так прокомментировал планы коллег немецкий биолог Роберт Хубер в интервью журналу «Bild der Wissenschaft».
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?
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.