Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства

А теперь представьте, что каждое отверстие на оригинальной карточке заменяется не одной буквой, а целым абзацем текста. Можно сказать иначе: представьте, что оригинальная карточка состоит из множества копий текста абзаца, размером с почтовую марку, расположенных рядом друг с другом. Дифракционная картина в таком случае будет невероятно сложной: каждая буква, каждая часть каждой буквы будет вносить свой вклад в узор волн. Задача кристаллографа, вы не поверите, состоит в том, чтобы прочитать весь абзац текста, начиная с точек. Метод работает, только если вы в состоянии создать 3-D кристаллы белков. Надо медленно удалять воду; высохшие белки внезапно начинают образовывать замечательные большие кристаллы (один миллиметр – вполне достаточно, если кристалл аккуратный и правильной формы). Но белки, которые нас интересуют, а именно рецепторы, являются мембранными белками и не очень охотно образуют 3-D кристаллы, поскольку живут в плоской, почти 2-D среде – в мембране. Поэтому кристаллографам приходится иметь дело с плоскими кристаллами, а это нехорошо. Если продолжать сравнение с абзацем текста, это значит, что вы в состоянии прочитать только заглавные буквы, а все остальные придется угадывать.

Но в этой «угадайке» хорошо то, что вы знаете, какие слова должны быть написаны на телеграфной ленте. Как только вы сможете понять по форме кристалла, каким образом был расщеплен белок, т. е. проследить содержание всей бельевой веревки, то после этого можно уже получить достаточно точную картинку 3-D структуры мембранного рецептора типа адреналина. На самом деле, это неправда: сегодня мы имеем возможность получить точную 3-D картинку белка, имеющего отношение

к мембранному рецептору, но сильно отличающегося в деталях, т. е. возникшего на несколько шагов раньше при игре в эволюционный испорченный телефон. И пока это – лучшее, на что способны ученые.

Эволюция как великий слесарь

Как выглядит структура типичного рецептора? Характерной чертой многих из них является то, что бельевые веревки несколько раз проходят через мембрану. Эти трансмембранные (ТМ, поскольку все рецепторы в целом называются 7ТМ-рецепторами) сегменты похожи на стержни, хотя, если присмотреться внимательней, стержни, на самом деле, являются спиралями. Спирали – распространенная структура в белках, и они держатся вместе, потому что бусинки спирали соединяются в последовательных поворотах, таким образом придавая всему сооружению необходимую прочность. Где здесь место адреналину? Это не совсем ясно. Но, по аналогии с другими белками, типа родопсина, считается, что он встраивается в глубину белка. Как он туда попадает? Тоже не очень понятно, но надо помнить, что весь объект несколько шатается из-за теплового движения, и молекула адреналина может найти себе небольшое отверстие, чтобы проскользнуть внутрь и постепенно занять свое законное место.

А что происходит после этого? И это неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно получить точную 3D картину обоих состояний рецептора – состояния «вкл.» и состояния «выкл.». Поскольку нам трудно получить и ту и другую, ситуация не выглядит обнадеживающей. То есть она на самом деле хуже, чем кажется. Как мы скоро увидим, получить картинку рецептора с наличием или отсутствием в нем адреналина – недостаточно. Вспомним аналогию с замком и ключом. Вы хотите понять, как работает замок, и у вас есть две картинки: одна – со вставленным ключом, другая – без него. Это может быть совершенно бесполезно, если замок в обоих случаях закрыт. Нам требуется точная картинка рецептора в положении «вкл.», но у нас ее нет. Насколько точной она должна быть? Трудно сказать. Если активный рецептор вносит небольшие изменения в структуру, тогда у нас проблема. Это имеет смысл, потому что то, что включает его (адреналин, запах и т. п.), очень мало по сравнению с большим белком. Если бы изменения в белке оказались катастрофически велики, то было бы чертовски сложно быстро переключиться, чтобы он был готов принять следующее поступающие сообщение. В режиме ключ-замок поворот ключа в двери поднимает защелку, но не приводит к тому, чтобы вся дверь развалилась на составляющие. Короче говоря, мы толком не знаем, что происходит с рецептором, когда в него вставляется ключ, и имеем лишь косвенное представление о том, что происходит, подбирая к нему различные ключи и наблюдая, как что получается.