Муниципальнаясредняя школа№8
Реферат
на тему:ЛайнусКарл Полинг
«Какжить долго ибыть здоровым»/>
Выполнила:
ученица 11 Бкласса
ШароваОльга
Утвердил:
учительбиологии
КузнецоваЛ. А.
Кострома2001 год.Содержание:
"/>Жизнь- это не свойствокакой-либо
одной молекулы, а скорее результатвзаимодействиямежду молекулами"
ЛайнусПолинг Введение
«ОННАСТОЯЩИЙгений!» — АльбертЭйнштейн оЛайнусе Полинге".Телевизионныйрекламный роликвот уже, наверное, месяца дванапоминаетнам о 100-летиисо дня рождениядействительнонезаурядногоамериканскогоученого. Однаков такое бескорыстиерекламодателейверится с трудом.В конце концов, почему бы ненапомнить одне рождениясамого АльбертаЭйнштейна (14марта 1879 г.). Дамало ли ещедостойных именв мире науки! Почему же все-такиЛайнус КарлПолинг?
Полинг, Крик и Уотсонвозможно неосознавалив свое время, что их работыподвели к порогуновой эры вбиологическойнауке. К моментуоткрытия двойнойспирали биология, и химия былив первую очередьремеслом, искусствомпрактики. Этинауки создавалисьнебольшимигруппами людейв основном врамках академическихисследований.Но семена переменбыли уже посеяны.Благодаря рядуоткрытий вобласти лекарственныхсредств, и впервую очередьблагодаряоткрытиямвакцины противполиомелитаи пенициллина, наука биологияподошла вплотнуюк тому, чтобыстать отрасльюпромышленности.
Сегоднятакие области, как органическаяхимия, молекулярнаябиология иосновные исследованияпо созданиюлекарственныхпрепаратовперестали бытьделом небольшогочисла «ремесленников»; они превратилисьв промышленноепроизводство.Академическиеисследованияеще продолжаются, однако же, явнобольшая частьисследователейи финансов, выделяемыхна исследования, сосредоточеныв фармацевтическойпромышленности.Союз науки спромышленностью, по меньшеймере, непрост.С одной стороны, фармацевтическиекомпании всостояниифинансироватьисследованияв объемах, окоторых академическиеинституты могуттолько мечтать.С другой стороны, это финансированиенаправляетсятолько в темы, представляющиедля компанийинтерес. Судитесами, что предпочтетпрофинансироватьфармацевтическаякомпания: исследованияв области поисковспособов излеченияболезни, илиисследования.
Б/>иография
Американскийхимик ЛайнусКарл Полинг(Паулинг) родилсяв Портленде(штат Орегон), в семье ЛьюсиАйзабелл (Дарлинг)Полинг и ХерманаХенри УильямаПолинга, фармацевта.Полинг-старшийумер, когда егосыну исполнилось9 лет. Полинг сдетства увлекалсянаукой. Вначалеон собиралнасекомых иминералы. В13-летнем возрастеодин из друзейПолинг приобщилего к химии, ибудущий ученыйначал ставитьопыты. Делалон это дома, апосуду дляопытов бралу матери накухне. Лайнуспосещал Вашингтонскуюсреднюю школув Портленде, но не получилаттестатазрелости. Темне менее, онзаписался вОрегонскийгосударственныйсельскохозяйственныйколледж (позжеон стал Орегонскимгосударственнымуниверситетом)в Корваллисе, где изучалглавным образомхимическуютехнологию, химию и физику.Чтобы поддержатьматериальносебя и мать, онподрабатывалмытьем посудыи сортировкойбумаги. КогдаПолинг училсяна предпоследнемкурсе, его какна редкостьодаренногостудента принялина работу ассистентомна кафедруколичественногоанализа. Напоследнем курсеон стал ассистентомпо химии, механикеи материалам.Получив в 1922 г.степень бакалавраестественныхнаук в областихимическойтехнологии, Полинг приступилк подготовкедокторскойдиссертациипо химии вКалифорнийскомтехнологическоминституте вПасадене.
Полингбыл первым вКалифорнийскомтехнологическоминституте, ктопо окончанииэтого высшегоучебного заведениясразу сталработать ассистентом, а затем преподавателемна кафедрехимии. В 1925 г. емубыла присужденадокторскаястепень похимии summa cum laude (снаивысшейпохвалой. –лат.).В течение последующихдвух лет онработал исследователеми был членомНациональногонаучно-исследовательскогосовета приКалифорнийскомтехнологическоминституте. В1927 г. П. получилзвание ассистент-профессора, в 1929 – адъюнкт-профессора, а в 1931 г. – профессорахимии.
Работаявсе эти годыисследователем, Полинг сталспециалистомпо рентгеновскойкристаллографии– прохождениюрентгеновскихлучей черезкристалл собразованиемхарактерногорисунка, покоторому можносудить об атомнойструктуреданного вещества.Применяя этотметод, Лайнусизучал природухимическихсвязей в бензолеи других ароматическихсоединениях(соединениях, которые, какправило, содержатодно или несколькобензольныхколец и обладаютароматичностью).СтипендияГуггенхеймапозволила емупровести учебныйгод за изучениемквантовоймеханики уАрнольда Зоммерфельдав Мюнхене, ЭрвинаШредингерав Цюрихе и уНильсаБорав Копенгагене.СозданнойШредингеромв 1926 г. квантовоймеханике, котораябыла названаволновой механикой, и изложенномуВольфгангомПаули в 1925 г.принципу запретапредстоялооказать глубокоевлияние наизучение химическихсвязей.
В1928 г. Полингвыдвинул своютеорию резонанса, или гибридизации, химическихсвязей в ароматическихсоединениях, которая основываласьна почерпнутойиз квантовоймеханики концепцииэлектронныхорбиталей. Вболее староймодели бензола, которая времяот времени ещеиспользоваласьдля удобства, три из шестихимическихсвязей (связывающихэлектронныепары) междусмежными атомамиуглерода былиодинарнымисвязями, а остальныетри – двойными.Одинарные идвойные связичередовалисьв бензольномкольце. Такимобразом, бензолмог обладатьдвумя возможнымиструктурамив зависимостиот того, какиесвязи былиодинарными, а какие – двойными.Известно было, однако, чтодвойные связикороче, чемодинарные, адифракциярентгеновскихлучей показывала, что все связив молекулеуглерода имеютравную длину.Теория резонансаутверждала, что все связимежду атомамиуглерода вбензольномкольце былипромежуточнымипо характерумежду одинарнымии двойнымисвязями. Согласномодели Полинга, бензольныекольца можнорассматриватькак гибридыих возможныхструктур. Этаконцепцияоказаласьчрезвычайнополезной дляпредсказаниясвойств ароматическихсоединений.
Втечение последующихнесколькихлет Лайнуспродолжализучать физико-химическиесвойства молекул, особенно связанныхс резонансом.В 1934 г. он обратилвнимание набиохимию, вчастности набиохимию белков.Совместно сА.E. Мирски онсформулировалтеорию строенияи функции белка, вместе с Ч.Д. Корвелломизучал влияниеоксигенирования(насыщениякислородом)на магнитныесвойства гемоглобина, кислородсодержащегобелка в красныхкровяных клетках.
Когдав 1936 г. умер АртуНойес, Полингбыл назначендеканом факультетахимии и химическойтехнологиии директоромхимическихлабораторийГейтса и Креллинав Калифорнийскомтехнологическоминституте.Находясь наэтих административныхдолжностях, он положилначало изучениюатомной имолекулярнойструктурыбелков и аминокислот(мономеров, изкоторых состоятбелки) с применениемрентгеновскойкристаллографии, а в учебном1937-1938 гг. был лекторомпо химии вКорнеллскомуниверситетев Итаке (штатНью-Йорк).
В1942 г. ему и егоколлегам, получивпервые искусственныеантитела, удалосьизменить химическуюструктурунекоторыхсодержащихсяв крови белков, известных какглобулины.Антитела представляютсобой молекулыглобулина, выработанныеспециальнымиклетками вответ на вторжениев тело антигенов(чуждых веществ), таких, как вирусы, бактерии итоксины. Антителосочетаетсяс особым видомантигена, которыйстимулируетего образование.Полинг выдвинулверный постулат, что трехмерныеструктурыантигена и егоантителакомплементарныи, таким образом,«несут ответственность»за образованиекомплексаантиген – антитело.В 1947 г. он и ДжорджУ. Бидл получилисубсидию дляпроведениярассчитанныхна пять летисследованиймеханизма, спомощью котороговирус полиомиелитаразрушаетнервные клетки.В течение следующегогода Полингзанимал должностьпрофессораОксфордскогоуниверситета.
Работанад серповидноклеточнойанемией началасьв 1949 г., когда онузнал, что красныекровяные клеткибольных этойнаследственнойболезнью становятсясерповиднымитолько в венознойкрови, где низокуровень содержаниякислорода. Наоснове знанияхимии гемоглобинаП. немедленновыдвинулпредположение, что серповиднаяформа красныхклеток вызываетсягенетическимдефектом вглубине клеточногогемоглобина.(Молекула гемоглобинасостоит изжелезопорфирина, который называетсягема, и белкаглобина.) Этопредположение– наглядноесвидетельствоудивительнойнаучной интуиции, столь характернойдля Полинга.Три года спустяученому удалосьдоказать, чтонормальныйгемоглобини гемоглобин, взятый у больныхсерповидноклеточнойанемией, можноразличать спомощью электрофореза, метода разделенияразличныхбелков в смеси.Сделанноеоткрытие подтвердилоубеждение П.в том, что причинааномалии кроетсяв белковойчасти молекулы.
В1951 г. П. и Р.Б. Кориопубликовалипервое законченноеописание молекулярнойструктурыбелков. Это былрезультатисследований, длившихсядолгих 14 лет.Применяя методырентгеновскойкристаллографиидля анализабелков в волосах, шерсти, мускулах, ногтях и другихбиологическихтканях, ониобнаружили, что цепи аминокислотв белке закрученыодна вокругдругой такимобразом, чтообразуют спираль.Это описаниетрехмернойструктурыбелков ознаменовалокрупный прогрессв биохимии.
Ноне все научныеначинанияЛайнуса оказывалисьуспешными. Вначале 50-х гг.он сосредоточилсвое вниманиена дезоксирибонуклеиновойкислоте (ДНК)– биологическоймолекуле, котораясодержит генетическийкод. В 1953 г., когдаученые в разныхстранах мирапытались установитьструктуру ДНК, П. опубликовалстатью, в которойописывал этуструктуру кактройную спираль, что не соответствуетдействительности.Несколькомесяцев спустяФрэнсис Крики Джеймс Д. Уотсонопубликовалисвою ставшуюзнаменитойстатью, в котороймолекула ДНКописываласькак двойнаяспираль.
В1954 г. Полингубыла присужденаНобелевскаяпремия по химии«за исследованиеприроды химическойсвязи и ее применениедля определенияструктурысоединений».В своей Нобелевскойлекции Полингпредсказал, что будущиехимики станут«опиратьсяна новую структурнуюхимию, в т. ч. наточно определенныегеометрическиевзаимоотношениямежду атомамив молекулахи строгое применениеновых структуральныхпринципов, ичто благодаряэтой технологиибудет, достигнутзначительныйпрогресс врешении проблембиологии имедицины спомощью химическихметодов».
Несмотряна то, что в юныегоды, которыепришлись напервую мировуювойну, Полингбыл пацифистом, во время второймировой войныученый занималофициальныйпост членаНациональнойнаучно-исследовательскойкомиссии пообороне и работалнад созданиемнового ракетноготоплива и поискаминовых источниковкислорода дляподводных лодоки самолетов.В качествесотрудникаУправлениянаучных исследованийи развития онвнес значительныйвклад в разработкуплазмозаменителейдля переливаниякрови и длявоенных нужд.Однако вскорепосле того, какСША сбросилиатомные бомбына японскиегорода Хиросимуи Нагасаки, Полинг началкампанию противнового видаоружия и в1945-1946 гг., являясьчленом Комиссиипо национальнойбезопасности, читал лекцииоб опасностяхядерной войны.
В1946 г. он стал однимиз основателейЧрезвычайногокомитетаученых-атомщиков, учрежденногоАльбертомЭйнштейноми 7 другимипрославленнымиучеными с тем, чтобы добиватьсязапрещенияиспытанийядерного оружияв атмосфере.Четыре годаспустя гонкаядерных вооруженийуже набраласкорость иПолинг выступилпротив решениясвоего правительствао созданииводороднойбомбы, призвавположить конецвсем испытаниямядерного оружияв атмосфере.В начале 50-х гг., когда и США, иСССР провелииспытанияводородныхбомб и уровеньрадиоактивностив атмосфереповысился, ониспользовалсвой немалыйталант оратора, чтобы обнародоватьвозможныебиологическиеи генетическиепоследствиявыпадениярадиоактивныхосадков. Озабоченностьученого потенциальнойгенетическойопасностьюотчасти объясняласьпроводимымиим исследованиямимолекулярныхоснов наследственныхзаболеваний.Полинг и 52 другихнобелевскихлауреата подписалив 1955 г. Лайнаускуюдекларацию, призывавшуюположить конецгонке вооружений.
Когдав 1957 г. Полингсоставил проектвоззвания, вкотором содержалосьтребованиепрекратитьядерные испытания, его подписалоболее 11 тыс. ученыхиз 49 стран мира, и среди нихсвыше 2 тыс.американцев.В январе 1958 г.Лайнус представилэтот документДагу Хаммаршёльду, который былтогда генеральнымсекретаремООН. Предпринятыеим усилия внеслисвой вклад вучреждениеПагуошскогодвижения занаучное сотрудничествои международнуюбезопасность, первая конференциясторонниковкоторого состояласьв 1957 г. в Пагуоше(провинцияНовая Шотландия, Канада) и которому, в конечномсчете, удалосьспособствоватьподписаниюдоговора озапрещенииядерных испытаний.Такая серьезнаяобщественнаяи личная озабоченностьпо поводу опасностизараженияатмосферырадиоактивнымивеществамипривела к тому, что в 1958 г., несмотряна отсутствиекакого бы тони было договора, США, СССР иВеликобританиядобровольнопрекратилииспытанияядерного оружияв атмосфере.
Однакоусилия Полинга, направленныена то, чтобыдобиться запретаиспытанийядерного оружияв атмосфере, встречали нетолько поддержку, но и значительноесопротивление.Такие известныеамериканскиеученые, какЭдвард Теллери Уиллард Ф. Либби, оба члены Комиссиипо атомнойэнергии США, утверждали, что Полингпреувеличиваетбиологическиепоследствиявыпадениярадиоактивныхосадков. Онтакже наталкивалсяна политическиепрепятствияиз-за приписываемыхему просоветскихсимпатий. Вначале 50-х гг.у ученого былитрудности сполучениемпаспорта (длявыезда за рубеж.– Ред.), и он получилпаспорт безвсяких ограниченийтолько послетого, как былнагражденНобелевскойпремией.
Какэто ни странно, но в тот же самыйпериод Полингподвергалсянападкам и вСоветскомСоюзе, посколькуего резонанснаятеория образованияхимическихсвязей считаласьпротиворечащеймарксистскомуучению. (Послесмерти ИосифаСталина в 1953 г.эта теория былапризнана всоветскойнауке.) его дважды(в 1955 и 1960 гг.) вызывалив подкомиссиюпо вопросамвнутреннейбезопасностисената США, гдеему задаваливопросы относительноего политическихвзглядов иполитическойдеятельности.В обоих случаяхон отрицал, чтокогда бы то нибыло, являлсякоммунистомили симпатизировалмарксистскимвзглядам. Вовтором же случае(в 1960 г.) он, рискуявызвать обвинениев презрениик конгрессу, отказалсяназвать именатех, кто помогему собратьподписи подвоззванием1957 г. В концеконцов, делобыло прекращено.
Виюне 1961 г. Полинги его жена созваликонференциюв Осло (Норвегия)против распространенияядерного оружия.В сентябре тогоже года, несмотряна обращенияП. к Никите Хрущеву, СССР возобновилиспытанияядерного оружияв атмосфере, а на следующийгод, в марте, это сделалиСША. Он началвести дозиметрическийконтроль надуровнямирадиоактивностии в октябре1962 г. сделалдостояниемгласностиинформацию, которая показывала, что из-за проводимыхв предыдущемгоду испытанийуровень радиоактивностив атмосфереподнялся вдвоепо сравнениюс предшествующими16 годами. Полингтакже составилпроект предлагаемогодоговора озапрещениитаких испытаний.В июле 1963 г. США, СССР и Великобританияподписалидоговор о запрещенииядерных испытаний, в основе котороголежал проектП.
В1963 г. Полинг былнагражденНобелевскойпремией мира1962 г.В своей вступительнойречи от имениНорвежскогонобелевскогокомитета ГуннарЯн заявил, чтоПолинг «велнепрекращающуюсякампанию нетолько противиспытанийядерного оружия, не только противраспространенияэтих видоввооружений, не только противсамого ихиспользования, но против любыхвоенных действийкак средстварешения международныхконфликтов».В своей Нобелевскойлекции, названной«Наука и мир»(«Science and Peace»), Полингвыразил надеждуна то, что договоро запрещенииядерных испытанийположит «началосерии договоров, которые приведутк созданиюнового мира, где возможностьвойны будетнавсегда исключена».
Втом же году, когда он получилсвою вторуюНобелевскуюпремию, он вышелв отставку изКалифорнийскоготехнологическогоинститута истал профессором-исследователемв Центре изучениядемократическихинститутовв Санта-Барбаре(штат Калифорния).Здесь он смогуделять большевремени проблемаммеждународногоразоружения.В 1967 г. Полингтакже занялдолжностьпрофессорахимии в Калифорнийскомуниверситете(Сан-Диего), надеясьпроводитьбольше времениза исследованиямив областимолекулярноймедицины. Спустядва года онушел оттудаи стал профессоромхимии Стэнфордскогоуниверситетав Пало-Альто(штат Калифорния).К этому временион уже вышелв отставку изЦентра изучениядемократическихинститутов.
Вконце 60-х гг.Лайнус заинтересовалсябиологическимвоздействиемвитамина С.Ученый и егожена сами сталирегулярнопринимать этотвитамин, Полингже начал публичнорекламироватьего употреблениедля предотвращенияпростудныхзаболеваний.В монографии«ВитаминС и простуда»(«Vitamin C and the Common Cold»), котораявышла в 1971 г., онобобщил опубликованныев текущей печатипрактическиесвидетельстваи теоретическиевыкладки вподдержкутерапевтическихсвойств витаминаС. В начале70-х гг. Полингтакже сформулировалтеорию ортомолекулярноймедицины, вкоторой подчеркивалосьзначение витаминови аминокислотв поддержанииоптимальноймолекулярнойсреды для мозга.Эти теории, получившиев то время широкуюизвестность, не нашли подтвержденияв результатахпоследующихисследованийи в значительноймере были отвергнутыспециалистамипо медицинеи психиатрии.Полинг, однако, придерживаетсяточки зрения, что основанияих контраргументовдалеко не безупречны.
В1973 г. П. основалНаучный медицинскийинститут ЛайнусаПолинга в Пало-Альто.В течение первыхдвух лет он былего президентом, а затем сталтам профессором.Он и его коллегипо институтупродолжаютпроводитьисследованиятерапевтическихсвойств витаминов, в частностивозможностиприменениявитамина С длялечения раковыхзаболеваний.В 1979 г. Полингопубликовалкнигу «Раки витамин С»(«Cancer and Vitamin С»), в которойутверждает, что прием взначительныхдозах витаминаС способствуетпродлению жизнии улучшениюсостояниябольных определеннымивидами рака.Однако авторитетныеисследователираковых заболеванийне находят егоаргументыубедительными.
В1922 г. Лайнус женилсяна Аве ЭленМиллер, однойиз его студентокв Орегонскомгосударственномсельскохозяйственномколледже. Усупругов трисына и дочь.После смертижены в 1981 г. Полингживет в их загородномдоме в Биг-Сюре(штат Калифорния).
Помимодвух Нобелевскихпремий, Полингбыл удостоенмногих наград.В их числе: наградаза достиженияв области чистойхимии Американскогохимическогообщества (1931), медаль ДэвиЛондонскогокоролевскогообщества (1947), советскаяправительственнаянаграда –международнаяЛенинскаяпремия «Заукреплениемира международами»(1971), национальнаямедаль «Занаучные достижения»Национальногонаучного фонда(1975), золотая медальимени ЛомоносоваАкадемии наукСССР (1978), премияпо химии американскойНациональнойакадемии наук(1979) и медаль ПристлиАмериканскогохимическогообщества (1984).Ученому присвоеныпочетные степениЧикагского, Принстонского, Йельского, Оксфордскогои Кембриджскогоуниверситетов.Полинг состоитво многихпрофессиональныхорганизациях.Это и американскаяНациональнаяакадемия наук, и Американскаяакадемия науки искусств, атакже научныеобщества илиакадемии Германии, Великобритании, Бельгии, Швейцарии, Японии, Индии, Норвегии, Португалии, Франции, Австриии СССР. Он былпрезидентомАмериканскогохимическогообщества (1948) иТихоокеанскогоотделенияАмериканскойассоциациисодействияразвитию науки(1942...1945), а такжевице-президентомАмериканскогофилософскогообщества(1951...1954).М/>атериальныйноситель
Доначала 40-х годовглавными«кандидатами»на роль материальныхструктурнаследственностисчиталисьбелки, макромолекулыбольшой молекулярноймассы, состоящиеиз ограниченногоразнообразиямономеров — аминокислот.Мономеры связанымежду собойстандартнымипептиднымисвязями, а всеразнообразиебелков определяетсясоставом ипорядком боковыхрадикалов.
Сопоставимыеданные длянуклеиновыхкислот получилизначительнопозже, и этобыло связанос некоторымидраматическимиобстоятельствами.Ключевую ипротиворечивуюроль в выявлениимономеров, связей междуними, а такжев формированииобщих представленийо роли нуклеиновыхкислот сыграламериканскийбиохимик русскогопроисхожденияФ.А.Левин.
Вто же времяЛевин — автортак называемой«тетрануклеотиднойгипотезы», основаннойна ранних идостаточнонеточных данныхо молярныхконцентрацияхоснований внуклеиновыхкислотах. В1908 — 1909 гг. он и сотрудникипоказали, чтонуклеиновыекислоты изтимуса теленкаи дрожжей имеютравные молярныеконцентрациивсех четырехнуклеотидов.Это дало основаниепредположить, что четыреразных нуклеотидасвязаны последовательнов стандартныйтетрануклеотид, который многократноповторяетсяв структуренуклеиновойкислоты. В болеепоздних вариантахгипотеза допускалавысокую полимерностьнуклеиновыхкислот путемповторениятетрануклеотида, но, очевидно, исключалавозможнуюкомбинаторикунуклеотидов.
Такимобразом, «стандартныйтетрануклеотидныйкирпич» (М ~1500) позволялстроить толькоунылую, однообразнуюпоследовательность.В этом случаенуклеиновыекислоты негодились нароль материальнойструктурыгенов. Однакобольшинствовыдающихсябиохимиковприняло этугипотезу наверу, что надолгозадержалоразвитие молекулярныхпредставленийо генах.
Нов 40-е годы Э.Чаргаффи многие другиеисследователиподверглитетрануклеотиднуюгипотезу уничтожающейкритике, а ееавтор оказался«козлом отпущения»за свое заблуждение.По мнению историковнауки Ф.Португалаи Дж.Коэна, именнотетрануклеотиднаягипотеза помешалаЛевину получитьНобелевскуюпремию за другиеработы, которойон несомненнозаслуживал.Умер Левин в1940 г., когда уженачалась война, и вопросы чистойнауки оказалисьза пределамивнимания большинстваученых.
Темне менее к началу40-х годов ужебыло ясно, чтонуклеиновыекислоты (нынешниеДНК и РНК) могутбыть высокополимерны (М ~500 тыс. — 1 млн). В конце40-х годов Чаргаффпоказал, чтоДНК разноговидовогопроисхожденияимеют разныйсостав нуклеотидов, а общая ихэквимолярностьне выполняется.Использовавновый методхроматографиина бумаге, Чаргаффобнаружил, чтомежду молярнымиконцентрациямипуринов и пиримидиновимеются другиерегулярныесоотношения:A=T и G=C. И хотя онне объяснилэти свойства, стало совершенноясно, что мономерынуклеиновыхкислот — нететрануклеотиды, а четыре стандартныхнуклеотида, у которых одинаковаясахаро-фосфатнаячасть, участвующаяв образованиистандартныхфосфо-диэфирныхсвязей, и различныеоснования. Ихкомбинаторикаи допускаетогромное разнообразиевариантов.
Темне менее, дажес учетом этихсвойств, генетическуюроль ДНК ещепредстоялодоказать. Этосделал в 1944 г.О.Эвери с сотрудниками.Еще в 1928 г. английскийврач-инфекционистФ.Гриффитсобнаружил, чтопневмококкиодного штамма(невирулентные)приобретаютнаследуемуювирулентностьпри контактес лизатоминфекционныхбактерий, убитыхнагреванием(явление трансформации).Свыше 10 лет Эверии сотрудникиотрабатывалиметоды фракционированиялизата бактерийпока, наконец, не выделилиактивную фракцию, по физико-химическимсвойствамсовпадающуюс ДНК. С однойстороны, этобыла сенсация, опровергавшаятетрануклеотиднуюгипотезу (ДНКобладалагенетическимисвойствами), с другой — интерпретациятакой трансформациине была однозначной.ДНК могла бытьлибо генетическимматериалом, который рекомбинируетс гомологичнымгеномомбактерии-реципиента, либо мутагеном, вызывающиммутации генов(тогда природагенов можетбыть другой), либо специфическимсигналом, переключающимфункциональноесостояние гена(этот вариантвыявился позже).Дж.Ледербергнасчитал семьальтернативныхгипотез о природетрансформации.Многие генетикине понялифундаментальногозначения работыЭвери. Например, выдающийсяцитолог А.Мирский, работавшийв том же Рокфеллеровскоминституте, резко возражалпротив доказательствтрансформирующейроли ДНК.
Темне менее, значительнаягруппа биохимиков, генетиков ифизиков сосредоточиласьна изучениихимии, генетическойроли и молекулярногостроения ДНК.Дискуссиипрекратилисьтолько после1952 г., когда А.Хершии М.Чейз показали, что при заражениибактерии E.coliфагом T2 инфекционнымначалом являетсяпочти чистаяДНК фага 2. Эвериумер в 1955 г., недождавшисьсвоей Нобелевскойпремии, которой, несомненно, был достоин.В 1939 — 1940 гг. близкоеоткрытие сделалС.М.Гершензонв Киеве, показав, что введениеили скармливаниедрозофилечужероднойДНК вызываетвспышку мутацийпризнаковкрыла. Двойнаяспираль ДНК
Следующее«одиночноекасание», высекшее«искру гения», состоялосьв английскомКембридже междудвумя оченьнепохожимилюдьми. Осенью1951 г. туда приехалДж.Уотсон, толькочто защитившийдокторскуюдиссертациюу С.Лурии вУниверситетештата Индиана(США). Он был членом«фаговой группы»М.Дельбрюкаи находилсяпод влияниемэтой легендарнойличности, атакже книгиЭ.Шредингера«Что такоежизнь». Его«интерес к ДНКвырос из возникшегов колледже напоследнем курсежелания узнать, что же такоеген».
ФормальноУотсон получилстипендию дляизучения методоврентгеноструктурногоанализа белковв группе М.Перуцав КавендишскойлабораторииКембриджскогоуниверситета.Тогда в этойгруппе физикФ.Крик работалнад теориейдифракциирентгеновскихлучей. Во времявойны он занималсяобороннымиисследованиямив Военно-морскомведомстве. В1946 г. под впечатлениемкниги Э.Шредингераи лекции Л.Полингаон решил занятьсяприложениемфизики в биологии.
Итак, Уотсон и Крикоказались водной комнате.Позже Уотсонвспоминал:"Послеразговоровс Френсисоммоя судьба быларешена. Мы быстропоняли, что вбиологии мынамереваемсяидти одинаковымпутем. Центральнойпроблемойбиологии былиген и контролируемыйим метаболизм.Главной задачейбыло понятьрепликациюгена и путь, которым геныконтролируютсинтез белков.Было очевидно, что приступитьк решению этихпроблем можнолишь послетого, как станетясной структурагена. А это значиловыяснениеструктуры ДНК".
"ВлабораторииМакса Перуца.нашелсячеловек, которыйзнал, что ДНКважнее, чембелки, — это былонастоящейудачей.
Воткак Ф.Португали Дж.Коэн характеризуютэтот научныйтандем:
"Контрастмежду Уотсономи Криком могпоказатьсяочень большим.Крику во времяих встречи в1951 г. было 35 лет, и он еще не имелдокторскойстепени. Уотсонубыло 23 года, онполучил своюдокторскуюстепень необычнорано — в 22 годаи был приглашенв члены фаговойгруппы. Крикбыл крупными гениальным, Уотсон — тощими угловатым.Но они имелимного общего.Оба были одиночками, которые, темне менее, нескрывали своихвеских идейпо многим вопросам.Оба имели выраженныйинтерес к открытиюстроениягенетическогоматериала. Нотам, где из разныхподходов — рентгеноструктурногоанализа и генетикифагов — возникалаих комплементарность, такой синтезвел к существеннымрезультатам.В этом важномотношенииУотсон выполнялроль мостамежду информационнойи структурнойшколой в молекулярнойбиологии".
Чтобыпонять причиныуспеха совместнойработы Уотсонаи Крика, надоучесть некоторыеобстоятельства.
Во-первых, поблизостиот Кембриджа, в ЛондонскомКингс-Колледже, работали крупнейшиеанглийскиеспециалистыпо рентгеноструктурномуанализу ДНК, М.Уилкинс иР.Франклин.Именно ихэкспериментальныеданные Уотсони Крик использовалидля обоснованияи проверкисвоей модели.
Во-вторых, существеннуюроль для молодыхисследователейиграл дух конкуренциис крупнейшимамериканскимфизико-химикомЛайнусом Полингом.В то время звездаПолинга достигласвоего зенита: он был авторомблестящейклассическойкниги «Природахимическойсвязи» (1939); вместес Г.Кори теоретически, с помощьюмолекулярныхстереомоделей, предсказалисуществованиеальфа-спиралейв глобулярныхбелках. С техпор идея спираликак бы «виселав воздухе»применительнок любым макромолекулам.Вот мнениеДж.Уотсона:"Спиралив то время былив центре вниманиялаборатории, главным образомиз-за альфа-спиралиПолинга". Через несколькодней послемоего (Уотсона.- В.Р.)приездамы уже знали, что нам следуетпредпринять: пойти по путиПолинга и одержатьнад ним победуего же оружием".Но и Полингактивно обдумывалварианты молекулярныхмоделей ДНК.
В-третьих, к началу работыКрик уже имелопыт разработкитеории диффракциирентгеновыхлучей на спиралях, что позволялоему мгновенноотыскиватьпризнаки спиральностина фотографияхдиффракциирентгеновскихлучей. Иначеговоря, он былподготовленк поиску спиралей.
В-четвертых, Уотсон и Крикпонимали, чтоставки оченьвысоки. Речьшла о молекулярнойструктуре генов- ключевых объектовбиологическойорганизации.Это требованиеналагало налюбую модельряд очевидныхтребований.Следовало вмолекулярныхтерминах объяснить, как гены выполняютсвои основныефункции: самоудвоение, мутирование, запись информации, контроль надсинтезом белкови др.
Вчастности, следовалопонять, каковмеханизм самоудвоения(репликации)ДНК. Генетическаятрадиция, основаннаяна микрофотографияхповеденияхромосом вмитозе и мейозе, постулировалаидею гомологичногоузнаванияподобных генови сегментовхромосом. Ужев модели Н.К.Кольцоварепликацияхромосом рисуетсякак гомологичноевыстраиваниесегментов вдольматрицы. Дляэтого требуютсяопределенныемолекулярныесилы и отношения.Поддерживаяэтот подход, известныйнемецкийфизик-теоретикП.Иордан предположил, что помимоизвестногофизико-химического«близкодействия»(Ван-дер-Ваальсовысилы, солевыемостики, водородныесвязи и др.)существуютпока неизвестныеквантовыерезонансные«силы дальнодействия», которые способныпритягиватьгомологичныеструктуры другк другу.
Противэтого резковозражал Полинг.Весь опыт структурнойхимии и квантовойфизики подсказывалему, что воображаемые«силы дальнодействия»- это фикция.Что касается«сил близкодействия», то они требуютнаиболее тесногоконтакта междувзаимодействующимимолекулярнымиповерхностями.Ясно, что этомуотвечал широкоизвестный ктому временипринцип взаимодействияантиген — антитело, фермент — субстрати др., т.е. принцип«ключ — замок».Иначе говоря, тесно взаимодействующиеповерхностидолжны бытьвзаимно комплементарны.В 1940 г. Полинг иДельбрюк изложилисвои аргументыпротив Иорданав журнале «Science».
Мозговойштурм продолжался18 месяцев. Онсопровождалсядовольно сложнымиотношениямимежду егоучастниками.Так, Уотсон иКрик встречалирешительныйотпор со стороныФранклин, хотяименно ее данныепо В-форме ДНКдали ключевойимпульс дляразработкимодели и лучшевсего соответствовалирезультатаммоделирования.Авторы перебралимногие десяткивозможныхспиральныхструктур, новсе они имеликакие-нибудьнедостатки.
Полингтоже исследовалразличныеварианты спиральныхструктур, ноон остановилсяна трехцепочечныхспиралях, т.е.пошел по неправильномупути. ОтсутствиенепосредственныхконтактовУотсона — Крикаи Полинга позволилопервым совершить«интеллектуальныйрывок». Дажеслучай способствовалэтому. Полингнеоднократнопросил прислатьему рентгенограммыдиффракции, но Уилкинс неторопился. Акогда Полингсобрался наконференциюв Лондон, чтобыпосетить Кембриджи увидеть всевоочию, ГосдепартаментСША не выдалему визу (!). Винойтому была активнаяпацифистскаядеятельностьПолинга противядерных испытаний.
Вначале 1953 г. Уотсони Крик познакомились(полулегально!)с последнимиданными Франклинпо диффракциирентгеновскихлучей на препаратахВ-формы ДНК вусловиях высокойвлажности. Онисразу узналипризнаки спиралис шагом 34 A и диаметром20 A. Для проверкисрочно нужныбыли стереомодели, однако мастерскиезадерживалиизготовлениеметаллическихдеталей, моделирующихпурины и пиримидины.Тогда Уотсоннарезал их изтолстого картонаи стал раскладыватьна плоскостистола. Тут егои настиглоозарение.Впоследствиион вспоминал:"Ивдруг я заметил, что пара аденин- тимин, соединеннаядвумя водороднымисвязями, имеетточно такуюже форму, каки пара гуанин- цитозин, тожесоединенная, по меньшеймере, двумяводороднымисвязями. Еслипурин всегдасоединяетсяводороднымисвязями спиримидином, то две нерегулярныепоследовательностиоснованийпрекрасноукладываютсярегулярно вцентре спирали.При этом аденинвсегда долженспариватьсятолько с тимином, а гуанин толькос цитозином, и правила Чаргаффа, таким образом, неожиданнооказывалисьследствиемдвуспиральнойструктуры ДНК.А главное, такаядвойная спиральподсказывалагораздо болееприемлемуюсхему репликации.Последовательностиоснований двухпереплетенныхцепей комплементарныдруг другу. Поэтому былоочень легкопредставитьсебе, как однацепь можетстать матрицейдля другой".
Втечение ближайшихдней была построенастерео-модельдвуцепочечнойДНК. Она оказаласьправовинтовойспиралью спротивоположнойориентациейцепей.
"Ужечерез два дняМорис(Уилкинс. — В.Р.)позвонилнам и сказал, что, как убедилисьони с Рози (Франклин.- В.Р.)рентгенографическиеданные явноподтверждаютсуществованиедвойной спирали".
В мае1953 г. вышла перваястатья о двойнойспирали ДНК.
"Полингвпервые услышало двойной спиралиот Дельбрюка.Полинг, как иДельбрюк, былсразу же покорен.… Открытие двойнойспирали принеслонам не толькорадость, но иоблегчение.Это было невероятноинтересно исразу позволилонам сделатьважное предположениео механизмедупликациигенов".
МодельУотсона — Крикаблагодаря своимнеоспоримымдостоинствампризнали быстрои повсеместно.Она полностьювыдержала такжеиспытаниевременем. Однимударом онаразрешиламножествотрудных проблем; прежде всегообъяснилаправила Чаргаффаи рентгеноструктурныеданные. СамЧаргафф, которыйвесьма скептическиотносился ктандему Уотсон- Крик, не смогничего возразитьпо существу, его критикаскорее напоминалабрюзжание:"… мнекажется, чтото огромноеискусство иизобретательность, которые былизатрачены наконструированиеразличныхмалоподходящихмоделей, посуществу пропалидаром".
Модельутвердиламатричныйпринцип, основанныйна парнойкомплементарностинуклеотидов(т.е. на принципе«близкодействия»), из чего вытекалапростая иестественнаясхема матричнойрепликации.Ясно, что в этомслучае копированиеотдельнойматрицы можнопроизвеститолько в дваэтапа:
позитив--> негатив -->позитив.
--PAGE_BREAK--
Однакодвуцепочечностьспирали решаети эту проблему.Двойная цепьспособна кточному копированиюв один этапблагодаря двумсопряженнымматричнымпроцессам, т.е.обладает вожделеннымгенетическимсвойством — удвоением путемконтактногогомологичноговыстраиваниясегментов наматрице:
позитив- негатив-->позитив– негатив + позитив– негатив
Наконец, модель как быоткрыла путьдля пониманиядругих фундаментальныхгенетическихпроцессов исвойств. Оказалось, что генетическоеразнообразиеможно свестик вариантампорядка мономеров, как предполагалиКольцов, Дельбрюк, Шредингер имногие другие.Тогда сохранениепорядка обеспечиваетконсервативностьнаследственности.Двойная цепьДНК, где стандартныйсахаро-фосфатныйкостяк расположенснаружи, а всяспецифичность(водородныесвязи оснований)спрятана внутрии менее доступнадля воздействий, прекрасносоответствовалаожиданиямгенетиков.Изменения жепорядка мономеров, очевидно, должныбыли вызыватьнаследственныеизменения, т.е.мутации.
В1962 г. Дж.Уотсон, Ф.Крик и М.Уилкинсполучили Нобелевскуюпремию по физиологиии медицине заустановлениемолекулярнойструктурынуклеиновыхкислот и еероли в передачеинформациив живой материи.К сожалению, Р.Франклин недождаласьтакого признания, она умерла в1958 г.
Оценимполученныерезультатыс точки зренияинформационно-кибернетическогоподхода. Материальныйноситель генетическойинформациинайден — этонуклеиновыекислоты (ДНКи, как сталоясно позже, РНК). Определентакже промежуточныйполучательгенетическойинформации- белки. Те и другиеимеют ряд общихособенностей: это линейныеполимеры, построенныеиз небольшогоразнообразиямономеров — нуклеотидови аминокислот.В обоих случаяху мономеровесть стандартная, универсальнаячасть, позволяющаяим соединятьсяв последовательностипроизвольнойдлины и порядка.Кроме этого, мономеры имеютспецифическиебоковые группы(основания, радикалыаминокислот), порядок которыхопределяетфункциональныесвойствасоответствующихпоследовательностей.Разнообразиеперестановокастрономическое.Между мономерамиполинуклеотидовсуществуютособые парныеотношениякомплементарности(A- T, G — C), позволяющиеполинуклеотидамвыполнятьматричныефункции.
Ясно, что ситуациявесьма напоминаетлингвистическиеи другие информационныесистемы, гдеинформациякодируетсяпри помощипорядка символов.Налицо алфавиты(мономеры), тексты(последовательности), матричныйпринцип копирования(комплементарность).Можно ожидать, что существуютнекие правилакодирования, которые используютсяклеткой. «Крики Гам»
ЭтимсловеснымкаламбуромН.В.Тимофеев-Ресовскийохарактеризовалсобытия, последовавшиеза расшифровкойструктуры ДНК.Уотсон и Крик, разумеется, хорошо понималигенетико-информационныйсмысл и значениесвоей модели.Недаром Уотсонв своей книгесообщает: "Буквальновсе имевшиесятогда фактыубеждали меняв том, что ДНКслужит матрицей, на которойобразуютсяцепочки РНК.В свою очередь, цепочки РНКбыли вполневероятнымкандидатомна роль матрицдля синтезабелка. Идеябессмертиягенов былапохожа на правду, и я повесил настену над своимстолом листокс надписью
ДНК--> РНК --> Белок.
Стрелкиобозначаютне химическиепревращения, а переносгенетическойинформации..."
В1958 г. Крик сформулировалэтот принципкак «центральнуюдогму» молекулярнойгенетики.
Однаковскоре послепубликациимодели в бойвступила неожиданнаяи свежая сила.Это был крупнейшийфизик-теоретикГ.А.Гамов (ванглийскойтранскрипцииДж.Эн. Геймов).В конце 20-х — начале30-х годов Гамовбыл гордостьюмолодой советскойтеоретическойфизики. Его, выпускникаи аспирантаЛенинградскогоуниверситета, друга Л.Д.Ландау, послали заграницу в Геттинген(Германия) кМ.Борну, а затемв Копенгаген(Дания) к Н.Борудля научнойстажировки.Там он выполнилряд теоретическихработ высочайшегокласса и былпризнан однимиз самых обещающихмолодых физиковЕвропы. Интересно, что одна из егостатей в 1930 г. былаопубликованасовместно смолодым немецкимфизиком-теоретикомДельбрюком.А в 1932 г., когдаГамова не выпустилиза границу, егодоклад Сольвеевскомуконгрессупредставилего друг Дельбрюк.
В1932 г. по представлениюВ.А.Вернадскогои двух другихакадемиковГамова избраличлен-корреспондентомАН СССР. Емубыло 28 лет, еговоспевалипоэты:
"… советскийпарень Гамовужедо атома добралсялиходей"
(Д.Бедный).
Нов 1933 г., выехав наочереднойСольвеевскийконгресс, Гамовне дождалсяпродлениякомандировкии не вернулся, став невозвращенцем.За этот большойгрех его отлучилиот Академиинаук, от Родины.И посмертновосстановилитолько в 1990 г.
Гамовупринадлежалидва крупнейшихоткрытия: теорияальфа-распадаи космологическаятеория «горячейВселенной»- работы нобелевскогоуровня. Третьимсвоим основнымдостижениемГамов считалпостановкупроблемыгенетическогокода.
Воткак сам Гамовописывал этотмомент: «Прочитавв „Nature“ в мае 1953 г.статью Уотсонаи Крика, котораяобъясняла, какнаследственнаяинформацияхранится вмолекулах ДНКв форме последовательностичетырех видовпростых атомныхгрупп, известныхкак „основания“(аденин, гуанин, тимин и цитозин), я задался вопросом, как эта информацияпереводитсяв последовательностьдвадцати аминокислот, которые образуютмолекулы протеина.Простая идея, которая пришламне в голову, состояла в том, что можно получить20 из 4 подсчетомчисла всехвозможныхтриплетов, образующихсяиз четырехразличныхсущностей.Возьмем, например, колоду игральныхкарт, в котороймы обращаемвнимание толькона масть карты.Сколько триплетоводного и тогоже вида можнополучить? Четыре, конечно: троечервей, троебубен, трое пики трое треф.Сколько триплетовс двумя картамиодной и той жемасти и однойдругой? Пустьмы имеем четыревыбора длятретьей карты.Поэтому мыимеем 4x3 = 12 возможностей.В дополнениемы имеем четыретриплета совсеми тремяразличнымикартами. Итак,4+12+4=20, а это и естьточное числоаминокислот, которое мыхотели получить».
Такимобразом, Гамовпервым сформулировалпроблемугенетическогокода. Генетическаяинформациязаписана вполинуклеотидахв виде последовательностисимволов четырехтипов: A, T, G и C. Затемона перекодируетсяв последовательность20 типов (аминокислот).Кодирующиегруппы символовмогут бытьтолько триплетными.Правила соответствиятриплетныхгрупп нуклеотидныхсимволов (вдальнейшемназванныхкодонами) исимволов аминокислотобразуют генетическийкод. Главнаязадача — расшифроватьэтот код, в томчисле — объяснитьпроисхождениечисла 20, имеяв наличии 64триплета.
Чтобыпонять такойповорот мысли, надо учестьнекоторыеобстоятельства.
Во-первых, Гамов сравнилпоследовательностьнуклеотидовс длинным числом, записаннымв четверичнойсистеме счета.В шутку он назвалего «зверинымчислом», имеяв виду религиознуюлегенду из«Апокалипсиса», где имя антихриста(«зверя из бездны»)скрыто поднеизвестнымчислом. Расшифровка«звериногочисла» необходимадля победы надзверем. Крометого, 20 — числоаминокислот- он назвал«магическимчислом», предполагая, что объяснитьего из внутреннейструктуры кода- это и значитрешить проблему.
Перваястатья Гамоваи Томкинса былапослана в«Proceedings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America», и отвергнутаредакцией, посколькуТомкинс — этомифическийперсонаж популярныхкниг Гамова, а не реальноелицо. Эта статьявышла в светв 1954 г. в ДокладахДатской академиинаук в Копенгагенеот имени одногоГамова.
Во-вторых, летом 1953 г. Уотсони Крик составилистандартныйсписок из 20аминокислот, непосредственноучаствующихв синтезе белков, а вторичныеих производныеисключили.Впоследствииэтот списокбыл канонизирован.
В-третьих, Гамов оченьнепринужденноиспользовалкарточнуютерминологию.Чего стоят хотябы такие пассажи:"Возьмем, например, колодуигральныхкарт..."или "Допустим, мы играем в«упрощенныйпокер...»и далее по тексту.Образ оказалсяочень точным.Действительно, имеем четыремасти — две черныхс ножками (пурины)и две красныхбез ножек(пиримидины).Последовательностьнуклеотидовможно представитьв до боли знакомомвиде.
Природакак бы играетс теоретикомв «упрощенныйпокер», играазартная, авыигрыш — крупнейшееоткрытие XX века.Ясно, что душитеоретиковдрогнули! СбывалисьпредсказанияШредингера! Интерес к проблеместремительнодостиг апогея.Начался оптимистическийэтап в изучениигенетическогокода.
В-четвертых, Гамов попыталсяиспользоватьдля решенияпроблемыгенетическогокода методыдешифровкишпионскихкодов, в которыхимел некоторыйопыт. Вначалеон предложилгипотезу о«перекрывающемсяромбическомкоде», когдаможно былопроследитьза определеннымизакономерностямив структуреизвестныхполипептидов.В своей автобиографииГамов писал:"… работабыла столь жетрудна, какрасшифровкасекретноговоенного кодана основе толькодвух короткихпосланий, добытыхшпионами. Таккак в то времяя (Гамов.- В.Р.)былконсультантомв Военно-морскомминистерствеСоединенныхШтатов в Вашингтоне, я пошел к адмиралу, под командованиемкоторого находился, и спросил, можноли поручитьсверхсекретнойкриптографическойгруппе расшифровкуяпонского кода.В результатев моем отделеУниверситетаим.Дж.Вашингтонапоявились тричеловека...
Япоставил передними задачу, и через нескольконедель онисообщили мне, что она не имеетрешения. То жезаключениебыло полученомоими друзьями-биологами: МартинасомИчасом, уроженцемЛитвы, и СиднеемБреннером, уроженцем ЮжнойАфрики. Этоисключиловозможностьперекрывающегосякода..."
Вцелом такаяже судьба постиглаи другие гипотезы.Гамов и Ичаспредложилигипотезу«комбинаторного»кода, где всетриплеты одинаковогосостава считалисьсинонимами;64 триплетаобразовали20 групп (магическоечисло!); код былвырожден, триплетыв тексте неперекрывались.Очень похожена правду! Нои этот код былзабракован.
Крик, Гриффитс (племянникоткрывателятрансформации)и Л.Орджел предложилиидею «кода беззапятых», когдатриплеты втексте не отделеныкакими-либознаками, носчитываютсяединственнымобразом: кодирующие- 20 гетеротриплетов, а все их циклическиеперестановки(40) — некодирующие.Четыре гомотриплетав этом случае- тоже некодирующие.Этот варианттакже не подтвердился, хотя сама проблема«кодов беззапятых» исследуетсяматематикамидо сих пор.
Вэтом умственномсостязанииучаствовалимногие выдающиесяматематики, физики, химики, инженеры, атакже — научнаямолодежь. Однако, несмотря наостроумиемногих предложений, все они оказалисьневерными.
"Природахитра..." — заключил Гамовчерез 10 лет.
Оптимистическийэтап изучениягенетическогокода закончился.Наступило времяэкспериментальногорешения, котороев итоге оказалосьочень успешными совершенноиным. Имя Гамовапочти исчезлоиз научнойлитературыпо молекулярнойбиологии. В1968 г. он умер.
Значениеработ Гамовабыло оченьточно сформулированоКриком: "Важностьработы Гамовасостояла в том, что это быладействительноабстрактнаятеория кодирования, которая не былаперегруженамассой необязательныххимическихдеталей..."Иначе говоря, это былинформационно-кибернетическийподход в чистомвиде, которыйпозднее полностьюсебя оправдалпри разработкетеории молекулярно-генетическихсистем управленияи генетическогоязыка.
Молекулярныеосновы жизниоказались вцентре научныхинтересов Л.Полинга. Вместесо своимисотрудникамиЛ. Полинг, выполнилряд блестящихисследованийпо структуребелка и установил, что заболеваниесерповидно-клеточнойанемией связанос образованиемв эритроцитахчеловека аномальногогемоглобина.Серповидно-клеточнаяанемия быланазвана Л. Полингом«Молекулярнойболезнью». Помнению исследователя, изменениеструктуры ифункции макромолекулили недостатокфизиологическиактивных молекулв организмемогут служитьпричиной расстройстваздоровья и рядазаболеванийчеловека. Всвязи с этимпонятен интересЛ. Полинга кпроблемамзаместительнойтерапии, в частностик витаминотерапии, направленнойна концепциюдефицита ворганизмесоединений, обеспечивающихоптимальныйуровень физиологическихпроцессов. Сполным основаниемк числу важнейшихактиваторовжизненныхпроцессов исредств, повышающихустойчивостьорганизма кпростудными инфекционнымзаболеваниям, относит Полингвитамин С
Человек и другиемутанты
П/>ередомной аптечныйпузырек с этикеткой:«Аскорбиноваякислота 0,05 г. Детям1 шт., взрослым2 — 3 шт. ». Сверяюсьс таблицами…
Чтобыжить дольшеи чувствоватьсебя лучше, таких желтенькихтаблеток нужноглотать неменее двадцатив день, а лучшесразу пятьдесятили сто.
Бредкакой-то. ОднакоЛайнуса Полинга, одного из отцовсовременнойбиохимии, открывателябелковойальфа-спирали, я привыклауважать. Какговорил К.С.Льюис, если человек, сделавшийневероятноезаявление, доэтого был разумени правдив, мыне имеем правасразу назватьего лжецом илидураком. Надо, по крайнеймере, выслушатьего аргументы.
Всезнают, что некоторыевещества, необходимыечеловеку, несинтезируютсяв организме, а поступаютизвне. В первуюочередь этовитамины инезаменимыеаминокислоты, важнейшиекомпонентыполноценногопитания (не вкризис будьсказано). Номало кто задаетсебе вопрос: как получилось, что более десяткаабсолютнонеобходимыхвеществ в нашеморганизме несинтезируется? Живут ведьлишайники инизшие грибына минимумеорганики и всенеобходимоесоздают в собственнойбиохимическойкухне. Почемуу нас так невыходит?
Вещества, которые добываютсяво внешнейсреде (а значит, могут поступатьнерегулярноили совсемпропасть), врядли заняли быважные «посты»в метаболизме.Вероятно, нашипредки умелисинтезироватьи витамины, ивсе аминокислоты.Позднее гены, кодирующиенужные ферменты, были испорченымутациями, номутанты непогибали, еслинаходили пищу, которая восполняладефицит. Онидаже получалипреимуществоперед немутантнойродней: перевариваниепищи и удалениеотходов требуетменьше энергии, чем синтезполезноговещества de novo.Неприятностиначиналисьтолько приперемене рациона…
Очевидно, что-то подобноепроисходилои с другимивидами. Кромелюдей и человекообразныхобезьян, аскорбиновуюкислоту неумеют синтезироватьи другие исследованныеприматы (например, беличья обезьяна, макака-резус), морские свинки, некоторыелетучие мыши,15 видов птиц.А у многих другихживотных (в томчисле у крыс, мышей, коров, коз, кошек исобак) с аскорбиновойкислотой всев порядке.
Интересно, что и средиморских свинок, и среди людейвстречаютсяиндивидуумы, которые неплохообходятся безаскорбинкиили нуждаютсяв гораздо меньшихее количествах.Самый знаменитыйиз таких людей- Антонио Пифагегга, спутник и хронистМагеллана. Вего корабельномжурнале отмечено, что во времяпутешествияна флагманскомкорабле «Тринидад»25 человек из30 заболело цингой, сам же Пифагегга,«благодарениеБогу, не испыталтакого недуга».Современныеопыты с добровольцамитакже показали, что бывают людис уменьшеннойпотребностьюв витамине С: по долгу неедят ни фруктов, ни зелени ихорошо себячувствуют.Возможно, в ихгенах произошлиисправления, вернувшиеактивность, или же появилисьдругие мутации, позволяющиеболее полноусваиватьвитамин С изпищи. Но показапомним главное: потребностьв аскорбиновойкислоте индивидуальна.
/>
Рис.1
Превращениеаскорбиновойкислоты вдегидроаскорбатнеобходимодля нормальногопротеканиянекоторыхважнейшихклеточныхреакций. Действиевитамина С какстимулятораиммунной системыеще не до концаизучено, но самфакт стимуляциине подлежитсомнению Немногобиохимии
Зачемвообще нужноэто незаменимоевещество? Основнаяроль аскорбиновойкислоты (точнее, аскорбат-иона, поскольку внашей внутреннейсреде эта кислотадиссоциирует)- участие вгидроксилированиибиомолекул(рис.1). Во многихслучаях длятого, чтобыфермент присоединилк молекулеОН-группу, одновременнодолжно произойтиокислениеаскорбат-ионадо дегидроаскорбата.(То есть витаминС работает некаталитически, а расходуется, как и другиереагенты.)
Важнейшаяреакция, которуюобеспечиваетвитамин С, — синтезколлагена. Изэтого белка, по сути, сплетенонаше тело.Коллагеновыетяжи и сеткиформируютсоединительныеткани, коллагенсодержитсяв коже, костяхи зубах, в стенкахсосудов и сердца, в стекловидномтеле глаз. Ачтобы вся этаарматура могласобраться избелка-предшественника, проколлагена, определенныеаминокислотыв его цепочках(пролин и лизин)должны получитьОН-группы. Когдааскорбинкине хватает, наблюдаетсядефицит коллагена: прекращаетсярост организма, обновлениестареющихтканей, заживлениеран. Как следствие- цинготныеязвы, выпадениезубов, повреждениястенок сосудови прочие страшныесимптомы.
Другаяреакция, в которойучаствуетаскорбат, превращениелизина в карнитин, протекает вмышцах, а самкарнитин необходимдля мышечныхсокращений.Отсюда усталостьи слабость приС-авитаминозах.Кроме того, организм используетгидроксилирующеедействие аскорбата, чтобы превращатьвредные соединенияв безвредные.Так, витаминС очень неплохоспособствуетвыведениюхолестеринаиз организма: чем большевитамина принимаетчеловек, тембыстрее холестеринпревращаетсяв желчные кислоты.Сходным образомбыстрее выводятсяи бактериальныетоксины.
Собратным процессом- восстановлениемаскорбата издегидроаскорбата- по-видимому, связано действиевитаминов-синергистовС (то есть усиливающихэффект от егоприема): многиеиз этих витаминов, как, например, Е, обладаютвосстановительнымисвойствами.Интересно, чтовосстановлениеаскорбата изполудегидроаскорбататоже вовлеченов очень важныйпроцесс: синтездофамина, норадреналинаи адреналинаиз тирозина.
Наконец, витамин С вызываетфизиологическиеэффекты, механизмкоторых ещене раскрыт доконца, но наличиеих четкопродемонстрировано.Самый известныйиз них — стимуляцияиммунной системы.В усилениеиммунногоответа вноситвклад и увеличениечисла лимфоцитов, и быстрейшееперемещениефагоцитов кместу инфекции(если инфекциялокальна), инекоторыедругие факторы.Показано, чтов организмебольного прирегулярныхприемах витаминаС повышаетсявыработкаинтерферона.
О/>трака до сеннойлихорадки
Изсказанногов предыдущейглаве легковычислить, какие болезнидолжен предотвращатьвитамин С. Процингу мы говоритьне будем, посколькунадеемся, чтонашим читателямона не угрожает.(Хотя даже вразвитых странахиногда болеютцингой. Причина, как правило,- не отсутствиеденег на фрукты, а лень и равнодушиебольного. Апельсины, конечно, дорогоеудовольствие, но смородиналетом и квашенаякапуста зимойникого еще неразорили.)
Однакоцинга — экстремальныйслучай авитаминозаС. Потребностьв этом витаминевозрастаети во многихдругих случаях.Усиление иммунногоответа и активныйсинтез коллагена- это и заживлениеран и ожогов, и послеоперационнаяреабилитация, и торможениероста злокачественныхопухолей. Какизвестно, опухоли, чтобы расти, выделяют вмежклеточноепространствофермент гиалуронидазу, который «разрыхляет»окружающиеткани. Ускоривсинтез коллагена, организм могбы противодействоватьэтому разбойномунападению, локализоватьопухоль и, можетбыть, даже задушитьее в коллагеновыхсетях.
Разумеется, простое, иобщедоступноесредство отрака не внушаетдоверия. Нонадо подчеркнуть, что сам Полингникогда непризывалонкологическихбольных заменитьвсе виды терапииударными дозамиаскорбиновойкислоты, а предлагалприменять ито, и другое. Ане испробоватьсредство, котороетеоретическиможет помочь, было бы преступно.Еще в 70-е годыПолинг и шотландскиймедик АйвенКамерон провелинесколько серийэкспериментовв клинике «Вейлоф Левен» вЛох-Ломондсайде.Результатыбыли настольковпечатляющими, что в скоромвремени Камеронперестал выделятьсреди своихпациентов«контрольнуюгруппу» — счелбезнравственнымради чистотыэксперименталишать людейлекарства, которое доказалосвою пригодность(рис.2).
/>
Рис.2Действиесверхдоз аскорбиновойкислоты привосьми видахонкологическихзаболеваний.
Вконтрольнойгруппе (онапоказана гладкойлинией) спатине удалосьникого, а средипациентовПолинга и Камеронаесть выздоровевшие
Сходныерезультатыполучил докторФукуми Моришигев Японии, вонкологическойклинике городаФукуока. Поданным Камерона, у 25% больных, получавшихпо 10 г аскорбиновойкислоты в деньна позднейстадии рака, замедлялсярост опухоли, у 20% опухольпереставалаизменяться, у 9% — регрессировала, и у 1% наблюдаласьполная регрессия.Идейные противникиПолинга резкокритикуют егоработы в этойобласти, нодесятки человеческихжизней — аргументвесомый.
Пролечение гриппаи простуды «поПолингу» знаютвсе. Регулярныйприем большихдоз аскорбинкиснижает заболеваемость.Сверхдозы припервых симптомахпредотвращаютболезнь, а сверхдозы, принятые сопозданием, облегчают еетечение. С этимиположениямиПолинга уженикто всерьези не спорит.Споры идут лишьо том, на сколькопроцентов ипри каких условияхприема снижаетсяпроцент заболевшихи ускоряетсявыздоровление.(Об этом мы ещепоговорим.)Снижение температурыпосле приемавитамина Свызываетсяего противовоспалительнымэффектом — угнетениемсинтеза специфическихсигнальныхвеществ, простагландинов.(Так что жертвамсенной лихорадкии прочим аллергикамаскорбинкатоже может бытьполезна.)
Подобнымобразом действуютмногие антигистаминныесредства, напримераспирин. С одним«но»: синтезодного изпростагландинов, а именно PGE1, аскорбиноваякислота неугнетает, астимулирует.Между тем именноон повышаетспецифическийиммунитетС/>уточнаядоза по Минздравуи по горилле
Словом, в том, что витаминС полезен дляздоровья, несомневаютсядаже самыенепримиримыепротивникиПолинга. Яростныеспоры на протяжениитридцати слишним лет идуттолько о количестве, в котором егонадо принимать.
Преждевсего, откудавзялись общепринятыенормы — суточныедозы витаминаС, которые фигурируютв энциклопедияхи справочниках? Ежедневнаянорма для взрослогомужчины, рекомендуемаяАкадемией наукСША, — 60 мг. Нашинормы варьируютв зависимостиот пола, возрастаи профессиичеловека: 60 — 110 мгдля мужчин и55 — 80 для женщин.При этих и большихдозах не бываетни цинги, нивыраженногогиповитаминоза(утомляемости, кровоточивостидесен). По даннымстатистики, у людей, потребляющихне менее 50 мгвитамина С, признаки старостипроявляютсяпозже на 10 лет, чем у тех, чьепотреблениене дотягиваетдо этого минимума(зависимостьтут не плавная, а именно скачкообразная).
Однакоминимальнаяи оптимальнаядоза — не однои то же, и, есличеловек неболен цингой, это не означает, что он совершенноздоров. Мы, несчастныемутанты, неспособныеобеспечитьсебя этим жизненноважным веществом, должны бытьрады любомуего количеству.Но скольковитамина Снужно для полногосчастья?
Содержаниеаскорбинкив организме(как и другихвеществ, необходимыхвсем органами тканям) частовыражают вмиллиграмахна единицу весаживотного. Ворганизме крысысинтезируется26 — 58 мг аскорбиновойкислоты накилограмм.(Таких большихкрыс, к счастью, не бывает, нов килограммахудобнее сравниватьданные по разнымвидам.) Еслипересчитатьна средний весчеловека (70 кг), это даст 1,8 — 4,1 г- по порядкувеличины ближек Полингу, чемк официальнымнормам! Сходныеданные полученыи для другихживотных.
Горилла, которая, каки мы, дефектнапо синтезуаскорбиновойкислоты, но, вотличие от нас, сидит на вегетарианскойдиете, в суткипотребляетоколо 4,5 г витаминаС. (Правда, надоиметь в виду, что средняягорилла веситбольше среднегочеловека.) Аесли бы человекстрого придерживалсярастительнойдиеты, он получалбы на свои 2500калорий, необходимыхдля жизни, отдвух до девятиграммов аскорбинки.Питаясь однойсмородинойи свежим перцем, можно съестьи все 15 граммов.Получается, что «лошадиныедозы» вполнефизиологичныи со ответствуютобычному здоровомуметаболизму.
Однакоу большинствалюдей свободноговремени меньше, чем у горилл.Целый деньпережевыватьсвежую низкокалорийнуюзелень, овощии фрукты намне позволятдела. И вегетарианскаядиета, содержащаявареные продукты, положения непоправит. Обычныйполноценныйдневной рационбез сырояденияи прочего героизмадает всего лишьоколо 100 мг. Дажеесли положитьв тарелку капустногосалата и запитьего апельсиновымсоком.
Такимобразом, усовременныхгорожан нетиного выхода, кроме дополнительногоприема витаминаС Мы попалисьв ловушку, поставленнуюэволюцией, — сначала утратилисобственныймеханизм синтезааскорбиновойкислоты, а потомнаучилисьохотиться иступили на путьцивилизации, который увелнас от зелении фруктов, положенныхвысшим приматам, прямо к цингеи гриппу. Но теже достиженияцивилизацииподарили намбиохимию иорганическийсинтез, которыйпозволяетполучать дешевыеи общедоступныевитамины. Почемубы не воспользоватьсяэтим преимуществом?
«Любойпрепарат вбольших дозахстановитсяядом. Медикамдавно известныгипервитаминозы- болезни, вызванныеизбытком витаминав организме.Вполне вероятно, что пациентПолинга, начавлечиться отодной болезни, заработаетдругую». Этодля Полингавопрос принципиальный.В своих книгахон часто вспоминает, как в 60-е годы, занимаясьбиохимиейпсихическихзаболеваний, узнал о работахканадскихврачей, которыедавали ударныедозы витаминаВ3, (до 50 г в день)больным шизофренией.Полинг обратилвнимание напарадоксальноесочетаниесвойств: высокаябиологическаяактивностьпри минимальнойтоксичности.Тогда же онназвал витаминыи подобные имсоединения«ортомолекулярнымивеществами», чтобы отличитьот других лекарств, которые нестоль легковписываютсяв естественныйметаболизм.
Витаминывообще и аскорбиноваякислота в частности, пишет Полинг, значительноменее ядовиты, чем обычныешироко распространенныесредства отпростуды. Аспириномежегодно травятсянасмерть десяткилюдей, однаконе наблюдалосьни одного случаяотравленияаскорбинкой.Что касаетсяизбытка в организме: описаны гипервитаминозыА, D, но гипервитаминозаС до сих пор неописал никто.Неприятныйединственныйэффект при егоупотреблениив больших дозах- послабляющеедействие.
«Избытокаскорбиновойкислоты способствуеткамнеобразованию, вреден дляпечени, уменьшаетвыработкуинсулина. Лечениесверхдозамиаскорбиновойкислоты неможет бытьприменено, еслибольному необходимоподдерживатьщелочную реакциюмочи». Разговорыо вреде витаминаС до сих поридут на уровнеэмоциональногопротивопоставления«таблеток»и «естественного».Не было ни одногокорректного, хорошо спланированногоэксперимента, который быубедительнопродемонстрировалэтот вред. А втех случаях, когда почему-либонежелателенприем большихдоз кислоговещества, можнопринимать, например, аскорбатнатрия. (Еголегко приготовить, растворивпорцию аскорбинкив стакане водыили сока и, «погасив»содой, сразувыпить.) Аскорбаттак же дешеви так же эффективен, а реакция унего щелочная.
«Нетсмысла приниматьогромные дозывитамина С, которые рекомендуетПолинг, так какизбыток всеравно не усваивается, а выводитсяиз организмас мочой и калом».Действительно, при потребленииаскорбинкив небольшихколичествах(до 150 мг в день)ее концентрацияв крови примернопропорциональнапотреблению(около 5 мг/литрна каждые 50 мгпроглоченных), а при увеличениидозы эта концентрациявозрастаетмедленнее, заторастет содержаниеаскорбата вмоче. Но по-другомуи быть не может.Первичная моча, фильтрующаясяв почечныхканальцах, находится вравновесиис плазмой крови, и в нее попадаютмногие ценныевещества — нетолько аскорбат, но и, например, глюкоза. Затеммоча концентрируется, происходитобратное всасываниеводы, а специальныемолекулярныенасосы возвращаютв кроваток всеценные вещества, которые жалкотерять, в томчисле и аскорбат.При потребленииоколо 100 мг аскорбинкив сутки обратнов кровь возвращаетсяболее 99%. Очевидно, работа насосаобеспечиваетнаиболее полноеусвоение доз, близких кминимальной: дальнейшееувеличениемощности — этослишком большиепо эволюционныммеркам затраты.
Понятно, что чем большеначальная(сразу послеперевариванияпищи) концентрацияаскорбинкив крови, тембольше потери.Но все же и придозах более1 грамма тричетверти витаминаусваивается, а при огромных«полинговских»дозах (более10 граммов) около38% витамина остаетсяв крови. Крометого, аскорбиноваякислота в мочеи кале предотвращаетразвитие ракакишечника имочевого пузыря.
«Сверхдозыаскорбиновойкислоты препятствуютзачатию, а убеременныхмогут вызыватьвыкидыш».Предоставляемслово самомуЛайнусу Полингу.«Основаниемдля таких заявленийпослужилакороткая заметкадвух врачейиз СоветскогоСоюза, Самборскойи Фердмана(1966). Они сообщили, что двадцатиженщинам ввозрасте от20 до 40 лет с задержкойменструацииот 10 до 50 днейорально давалипо 6 г аскорбиновойкислоты в течениекаждого из трехпоследовательныхдней и что у 16из них послеэтого возобновилисьменструации.Я написал Самборскойи Фердмануписьмо с просьбойсообщить, проводилсяли какой-нибудьтест на беременность, но вместо ответаони прислалимне еще одинэкземпляр своейстатьи».
Воттак и возникаютмифы. А в Америкеаскорбинкув сочетаниис биофлавоноидамии витаминомК прописываюткак раз дляпредотвращениявыкидыша. Аскорбинкув больших дозахприменяют идля профилактикиперенашиваниябеременности, на последнихнеделях срока.Но в этих случаяхее действиескорее нормализующее, чем наоборот.И в норме аскорбиноваякислота беременнойженщине оченьнужна: когдаребенок растет, синтез коллагенаидет полнымходом. Еще в1943 году былоустановлено, что концентрацияаскорбата вкрови пуповиныпримерно вчетыре разапревышаетконцентрациюв крови матери: растущий организмизбирательно«высасывает»нужное вещество.Будущим мамамдаже официальнаямедицина рекомендуетпо вышеннуюнорму аскорбинки(например, таблеткидля беременныхи кормящихженщин «Lady's formula»содержат ее100 мг). И даже российскиеврачи иногдасоветуют беременнымприниматьаскорбинку, чтобы не заболетьгриппом: припервых, самыхслабых симптомахили после контактас больным — полтораграмма, на второйи на третийдень — по грамму.З/>аключение
Последниелет двадцатьсвоей жизни- умер ЛайнусПолинг в 1994 году- разрабатывалтеорию, согласнокоторой человекдолжен потреблятьповышенныедозы витаминаС. Сам Полингсъедал 18 граммовв день (!) «аскорбинки»при установленноймедицинскойнорме 60-200 миллиграммов.Человек, каки морская свинка, например, врезультатемутации утратилвозможностьвырабатыватьвитамин С всвоем организме, поэтому он инуждается винтенсивномпотребленииэтого соединения, считал Полинг.Собственно, этой гипотезевеликого ученогомы и обязанынеожиданновозникшим«культом Полинга»на российскомтелевидении.
В1995 году в США былаорганизовананекая фирма«Ирвинг Нейчуралс», получившаяправо у родственниковПолинга использоватьего имя длярекламы своейпродукции — пищевых добавок.В России дистрибьюторомэтой продукциистала фирма«Кобра Интернейшнл».
Надосказать, чтов России пищевыедобавки донедавних порвсегда рассматривалиськак лекарство; в США пищевыедобавки — продукт.Маленькаятерминологическаяразница в итогеприводит квесьма ощутимымматериальнымвыгодам. Лекарствадолжны проходитьочень жесткиеиспытаниясначала — набезопасность, затем — на эффективность.Доказыватьэффективностьпищевых добавокне надо. Экономиясредств — огромная, плюс упрощениевсех бюрократическихпроцедур. В СШАдля выпускановой пищевойдобавки достаточнопредупредитьоб этом соответствующиеинстанции за90 дней.
Вмоем рефератеосвещаетсязначение биологическиактивных веществдля организмачеловека, идругих функций, важных дляпрофессиональнойдеятельности, в профилактикезаболеваемости, и регуляциирождаемости.
Ярассмотреламножестворазличныхпубликацийо воздействииаскорбиновойкислоты начеловека. Ноприведенныйздесь материалпредставляетсямне наиболеезначительным.Литература
П. Лайнус «Витамин С и здоровье», издательство «Наука», 1974
Журнал «Химия и жизнь», №1, 1976 г.
Журнал «Химия и жизнь», №7, 1995 г.
Журнал «Наука и жизнь», 1996 г.
Газета «Совершенно секретно», №3, 2001 г.
Еженедельной газете 'Алфавит' />
Ежемесячному журналу 'Aх...' />
«Лауреаты Нобелевской премии.», Энциклопедия, Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.