Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Венки Рамакришнан – самый молодой из тройки лауреатов. Он родился в 1952 г. в городке Чидамбарам на юге Индии в семье из касты брахманов. Его детство прошло в другом индийском городе – Барода (современное название – Вадодара), где он впоследствии учился в университете. В 1971 г. он получил степень бакалавра по физике, после чего уехал в США, где в 1976 г. в Университете Огайо был удостоен ученой степени по физике. Со слов Рамакришнана, тема его диссертации по физике казалась ему малоинтересной. Однажды, просматривая выпуски Scientific American – американского научно-популярного журнала, он обнаружил, что в биохимии сделано много удивительных открытий. Это далеко не единственный пример, когда знакомство с научно-популярной литературой помогает молодому человеку найти свой путь в науке. В результате он решил оставить физику и заняться биологией. В 1999 г. он переехал в Англию, где возглавил исследовательскую группу в лаборатории молекулярной биологии в Кембридже. Это выдающееся научное учреждение, работающее под эгидой Британского совета по медицинским исследованиям, которое уже дало миру 13 нобелевских лауреатов, и Венки Рамакришнан стал четырнадцатым.

Обычно нобелевский лауреат завершает свою речь благодарностями в адрес коллег, часто с демонстрацией коллективной фотографии, но В. Рамакришнан изящным образом нарушил эту традицию. В самом начале своего торжественного доклада, на котором обязательно присутствуют члены королевской семьи и представители Шведской академии, в качестве первого слайда он представил фотопортреты 27 своих молодых коллег, принимавших непосредственное участие в исследовании. А что может лучше проиллюстрировать большую научную работу?

Чистильщик в живой клетке

В любом производстве существуют отходы, и потому нужны специальные службы, которые собирают и уничтожают мусор. В последнее время это особенно актуально в связи с разросшимися свалками в городах и с острой проблемой переработки мусора. Каждый живой организм также представляет собой сложный производственный комплекс, и в процессе его деятельности постепенно аккумулируются ненужные соединения. Отходы образуются не только в результате пищеварения – внутри живой клетки тоже накапливаются вещества, представляющие собой ненужный балласт, от которого необходимо избавляться. Этот процесс заинтересовал трех ученых: химика из США Ирвина Роуза и израильских химиков Аврама Гершко и Аарона Чехановера.

Созидание привлекательнее разрушения

Вторая половина ХХ столетия отмечена многими значительными достижениями в науке, среди которых особое место занимает изучение роли нуклеиновых кислот в живом организме (кто не слышал о знаменитой ДНК?).

Механизм синтеза белков в живом организме с участием нуклеиновых кислот за многие десятилетия исследован весьма детально: он представляет собой сложный и в то же время необычайно впечатляющий процесс. Синтез белка протекает внутри своеобразного биокомплекса – белкового образования, называемого рибосомой. По существу, это небольшая фабрика для сборки белковых молекул из аминокислот по строго определенной схеме, что напоминает работу пишущей машинки, печатающей нужные буквы в установленном порядке (см. предыдущий раздел "Кинофабрика белка").

Всеобщий интерес ученых к процессам сборки белковых молекул оттеснил на задний план изучение того, как происходит их демонтаж. Исследовано было лишь разрушение внеклеточных белков – например, поступающих в организм с пищей. При этом было установлено, что белки, усваиваемые в пищеварительном тракте вместе с другими продуктами питания, поставляют энергию, необходимую для существования организма. Что же касается белков, возникающих и работающих внутри живой клетки, то механизм их уничтожения был мало кому интересен.

Тем не менее в живом организме хорошо отлажены процессы расщепления белков на малые фрагменты, из которых организм затем вновь собирает в рибосоме другие нужные ему белки. Срок жизни белков в организме определяется их ролью: например, белки, входящие в состав хрусталика глаза, сохраняются неизменными в течение десятилетий, а другие нужны организму в течение нескольких минут только для запуска определенного процесса – после чего они должны быть разрушены, иначе их действие окажется губительным. Время жизни более 20 % белков, присутствующих в организме, – от нескольких часов до нескольких дней.

Трое упомянутых ученых, несмотря на всеобщий интерес к синтезу белков, пошли "в обратную сторону", то есть заинтересовались разрушением белков. Исследования помогли понять, каким же образом протекает этот важный для организма процесс.

Фабрика разрушения