На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиКнижная иллюстрация





Библиотечка «За страницами учебника»
Почти природные лекарства (серия «Эврика»). Никифорович Г. В. — 1986 г.

Серия «Эврика»

Григорий Валерьянович Никифорович

Почти природные лекарства

*** 1986 ***


DjVu


 

PEKЛAMA

Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD.
Подробности >>>>


      Полный текст книги

 

      Формулы пропущены, вoзмoжны oшибки, сверяйте с оригиналом

            ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3
Глава 1. ДИРИЖЕРЫ БИОХИМИЧЕСКОГО ОРКЕСТРА
Систематизированная систематическая система 9
Печальные последствия анархии ворганизме 15
Дизайнеры молекул 20
Давайте подражать природе 27

Глава 2. ПЕПТИДЫ КРУПНЫМ ПЛАНОМ
Аминокислоты, пептиды и белки 34
В стране гормонов и кининов 39
Между телом и душой 46
Пептиды в обороне и наступлении 52
Дела сердечные 56

Глава 3. ПЕПТИДНЫЕ АНАЛОГИИ
Живой пептид в пробирке 62
«Блеск и нищета» пептидных биорегуляторов.71
Проблемы фальсификации молекул 79

Глава 4. ПЕПТИДЫ И РЕЦЕПТОРЫ
Любовь должна быть обоюдной 86
Слепые перед слоном 96

Глава 5. КЛЮЧИ К РЕЦЕПТОРАМ
Сложная прямолинейность 108
Судьбы «линейных» теорий 118
Трехмерные молекулы 125

Глава 6. АТОМЫ В ПРОСТРАНСТВЕ
Молекулярная топохимия 136
Как измерить конформацию 141
Пептид с множеством лиц 149
Самая интересная конформация 155

Глава 7. ОТ ИДЕИ ДО МОЛЕКУЛЫ
В честь родного города 163
«Кентавр Вальтера» 169
Четырнадцать минус восемь равно четырнадцати 175
Циклы линейных молекул 181
Циклы порождают циклы 188
Заключение 195
Некоторые биохимические термины 201


      Еще совсем недавно двухтысячный год казался столь далеким, что фигурировал по большей части в научно-фантастических произведениях и футурологических прогнозах. Сегодня начало XXI века приобрело уже настолько четкие очертания, что оказывается возможным формулировать наиболее характерные особенности этого времени достаточно детально. К предстоящей смене веков (и даже тысячелетий) так или иначе готовятся во всем мире, и каждая страна старается как можно более четко представить себе, с чем подойдет она к этому рубежу. В названном смысле принятые нашей страной Основпые направления экономического и социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года весьма примечательны, ибо позволяют обратить внимание на наиболее актуальные задачи, стоящие сегодня перед нашей страной, в том числе перед нашей наукой.
      Среди этих задач есть и такая: «Развивать физико-химическую биологию, научные основы получения физиологически активных веществ для медицины и сельскохозяйственного производства». Появление подобных строк в документе, определяющем развитие огромной страны, не случайно: сегодняшняя, а тем более завтрашняя картина мирового научно-технического прогресса невозможна без весьма существенной детали — продвижепия вперед в исследовании живого организма и, как следствие, в изучении действия на него различных биологически активных веществ. Помимо всего прочего, такие исследования еще и интересны — и именно этот фактор оказался решающим для появления на свет нашей книги.
      Эта книга обращена лицом к читателям, которых интересует происходящее в одпой из наиболее увлекательных и динамичных отраслей науки: поиске новых лекарственных препаратов. Однако, как и всякое научное направление, такой поиск представляется увлекательным в первую очередь для специалистов, непосредственно им занимающихся; но и для тех, кто пользуется или будет пользоваться лекарствами, небезынтересно узнать, как эти лекарства «конструируются». И хоть в книге, лежащей перед вами, затрагивается лишь узкий круг лекарств — так называемые пептидные биорегуляторы, — автор надеется, что на их примере ему удастся рассказать и о поиске лекарств вообще.
      Предполагается, что для чтения книги не требуется никакой специальной подготовки, кроме, возможно, обрывочных сведений из курса средней школы. Это не значит, однако, что все разделы книги одинаково легки для вое-’ приятия: кое-какие, быть может, придется прочесть вторично. Причиной тому не только сложность описываемых научных проблем, но в какой-то мере и то обстоятельство, что автор — не настоящий писатель и его произведение написано в свободное от основных занятий время. Такое замечание было бы уместно и в отношении уровня литературного стиля, языка и прочих признаков изящной словесности: автор искренне старался поставить все эти мощные средства на службу ясности и легкости изложения, но полностью избежать пугающих слов вроде «ри-бонуклеаза» оказалось невозможно; впрочем, подобные термины далее в тексте выделены курсивом и объяснены отдельно в словарике непонятных слов, завершающем книгу.
      Таким образом, для читателя созданы максимальные (по мнению автора) удобства, и неспроста: чтобы разобраться в проблемах поиска новых лекарственных средств, надо вникнуть в чуть ли не самые передовые области современной науки. Но вместе с тем, кроме трезвого логического мышления, некоторого объема знаний и немалого энтузиазма, для этого не требуется ничего больше: представление об ученых как о недосягаемой жреческой касте, культивируемое иными научными работниками, абсолютно не соответствует действительности. Скорее наоборот: в тот момент, когда научный работник начинает ощущать собственную значительность и преисполняется титаническим самоуважением, он погибает и для науки, и для нормального человеческого общения. Такое явление встречается, конечно, не только в науке, но в науке оно. выглядит особенно уродливым.
      Дело в том, что научная деятельность по своей природе имеет по крайней мере две важные особенности: она всегда индивидуальна и непредсказуема. Да, сейчас научные открытия и тем более их практическое применение — заслуга, как правило, больших коллективов. Но ведь все равно любой отдельный шаг вперед делается благодаря идее, пришедшей в голову именно Кузнецову, а не Сидорову, и тот факт, что Кузнецов — скромный ассистент, а Сидоров — почтенный профессор, не принимается этой идеей во внимание. Сколько бы ни имел на своем счету блестящих идей профессор Сидоров в прошлом, все они не в состоянии обеспечить ему моральное превосходство над ассистентом Кузнецовым, который в данный момент — и вполне заслуженно — является героем дня. Если профессор Сидоров способен искренне порадоваться успеху Кузнецова, да еще и оказать ему поддержку — выиграет весь научный коллектив и все развиваемое им научное направление. Если нет — проигрыш очевиден и, главное, неисправим, поскольку лишь очень немногие специалисты окажутся достаточно принципиальными для того, чтобы бросить свои собственные дела и объективно оценить последствия конфликта Сидорова с Кузнецовым. К тому же, даже если такие третейские судьи найдутся, объективность их оценок будет тем не менее сомнительна: ведь никто, включая всю Академию наук СССР в полном составе, не может заранее знать, не приведут ли исследования Сидорова и Кузнецова вообще в тупик, а стало быть, весь их спор будет иметь шанс стать лишь курьезом из истории науки.
      Это отступление — первое из многих, с которым и придется столкнуться читателю, — на наш взгляд, совершенно естественно для книги, где речь пойдет о результатах научных исследований и неизбежно об атмосфере, в которой эти исследования проходят. В этом смысле поиск новых лекарств выделяется особо: в нем принимают участие научные работники сразу нескольких основных специальностей, психология которых во многом различия, — химики, физики, биологи, математики, медикщ которые и фигурируют в дальнейшем изложении в ролях как бы «обобщенных» персонажей.
      Само собой очевидно, что при таком разнообразии типов ученых, которые должны дружно работать над одной проблемой, особое значение приобретает четкое и эффективное согласование их действий. А это возможно лишь при участии весьма незаурядных административных руководителей, направляющих объединенную работу исследователей, — директоров, начальников, заведующих, ученых секретарей и других. Эти «персонажи», однако, не примут участия в нашем повествовании, поскольку оно будет посвящено почти исключительно научным поискам, а не вопросам их организации. Тем не менее не стоит забывать, что организаторы науки способны оказать Огромное воздействие на ее развитие: даже ученый секре-
      тарь — умный, деловой и неизменно доброжелательный к сотрудникам — во много?»! может облегчить жизнь работников научного учреждения и, напротив, превратить ее в истинную пытку, если этот пост занимает истеричное желчное существо, озабоченное лишь утверждением собственного административного превосходства.
      Кроме «собирательных» действующих лиц, в книге упомянуты многие реальные ученые, советские и зарубежные, часть из которых лично знакома автору. Упоминание именно этих, а не других исследователей диктуется только логикой изложения п ничем иным, поэтому автор заранее приносит извинения и тем своим коллегам, которые прочтут на последующих страницах собственное имя, вовсе не желая этого, и тем, кто, может быть, желал прочесть его, но не сможет найти. И в том и в другом случае автору остается лишь надеяться на снисходительность своих товарищей по работе и сохранение добрых отношений с ними.
      В конце концов, в книге описана только небольшая часть научных проблем, связанных с поиском пептидных лекарственных средств и тем более вообще биохимии и биофизики, так что автор, естественно, старался рассказать лишь о вещах, которые он представляет себе лучше всего. В этой же связи следует признать, что на изложение, несомненно, повлиял факт работы автора в Институте органического синтеза Академии наук Латвийской ССР, хотя примеры исследований, проводимых в этом институте, встречаются в книге лишь как самые необходимые иллюстрации. И, конечно же, вся книга, от первой до последней строки, сугубо субъективна: в ней нет положений, противоречащих канонам современной науки, но те же самые проблемы другие авторы, возможно, представили бы под иным углом зрения.
      После таких подробных объяснений остается вроде бы сказать, о чем же будет говориться в книге, но желающие узнать это смогут попросту прочесть ее. Поэтому раскроем лучше «сверхзадачу», ради которой писалось это произведение: автор убежден, что лекарства, созданные на основе пептидных веществ, помогут миллионам и миллиона?»! пациентов в нашей стране и во всем мире. Однако дорога этих лекарств к больным подчас оказывается весьма тернистой, и иногда — из-за непонимания того нового, что вносит в медицину их использование, да и просто из-за малого знакомства с ними. Если этой книге суждено хоть слегка пробудить интерес читателя ко всем этим проблемам и тем самым приблизить наступление «эры пептидных лекарств» — значит, она была написана не впустую.
      И еще одно замечание впрок: автор прекрасно помнит строгого гражданина из предисловия к роману И. Ильфа и Е. Петрова «Золотой теленок» с его укоризненным вопросом: «Что за смешки в реконструктивный период?» Совершенно очевидно, что тот же строгий гражданин, который отнюдь не исчез из нашей жизни за полвека, прошедших с момента написания знаменитого романа, с еще большим основанием мог бы спросить (и, несомненно, спросит): «Что за смешки в серьезном научно-художественном издании?»
      Увы, этот гражданин был бы прав: в книге временами будет встречаться легкомысленный тон изложения, абсолютно недопустимый с точки зрения сухаря, полагающего, что форма преподнесения научных истин обязана быть неизбежно торжественно-скучной, поскольку иначе всякое уважение к науке в массах будет утрачено. Однако если весь престиж данной конкретной области науки основан лишь на благообразии ее внешней формы, то вряд ли следует сожалеть о нанесении ущерба такому престижу; к тому же, как известно, хороши все роды литературы, кроме скучного. Так что автор, сознавая свои прегрешения перед строгим гражданином, намерен все-таки упорствовать в них по-прежнему.
      В научной литературе традиционное завершение введения или предисловия состоит обычно из выражений благодарности автора организациям и отдельным лицам. В литературе научно-художественной это не слишком принято, тем не менее автор хотел бы выразить свою глубокую признательность друзьям и коллегам — названным и неназванным, — без чьей поддержки и просто хорошего отношения книга не могла бы быть написана, особо отметив вклад «первочитателей», прочитавших рукопись и высказавших свои замечания, часто нелицеприятные, но всегда полезные.
     
      Глава 1. ДИРИЖЕРЫ БИОХИМИЧЕСКОГО ОРКЕСТРА
      По словам литературоведов, классическими произведениями можно считать такие, в которых каждое новое поколение находит нечто созвучное своему времени. Среди афоризмов и просто кратких высказываний, собранных в столь ценимых учителями и библиотекарями сборниках «В мире мудрых мыслей», также есть свои классические образцы. В самом деле, латинское изречение «Торопись медленно» остается актуальным и в эпоху ускорения научно-технического прогресса, а, скажем, библейская заповедь «Не сотвори себе кумира» сохраняет смысл и после низвержения кумиров-богов. И хотя приведенные примеры обычно игнорируются осторожными составителями таких сборников, принадлежность их классике не вызывает сомнений. Однако есть и другие, не менее классические афоризмы, которым в наши дни можно придать толкование, отличное от задуманного их создателями. Говоря более конкретно, мы имеем в виду приписываемую древним грекам максиму «Познай самого себя».
      Всякому ясно, что философы древности имели в виду в первую и единственную очередь осознание человеком себя самого как носителя определенной нравственной сущности. В те времена люди мало задумывались о себе как о возможных объектах естествознания. Да и самому естествознанию тогда было явно не по силам исследование человека.
      Лишь много веков спустя началось постепенное понимание того, что человек является биологической единицей, организмом, продуктом длительного эволюционного процесса. И уж совсем недавно естествознание выдвинуло па свой передовой рубеж физико-химическую биологию — науку о молекулярных основах жизненных процессов.
      Именно на этом участке происходит сегодня наиболее интенсивная научная революция: подлинная перестройка представлений человека о жизни, то есть в конечном счете о самом себе. Так что лидерами современного самопознания можно считать в первую очередь представителей точных наук, причем задачи, которые стоят перед ними, зачастую гораздо сложнее тончайших философских построений. Как раз сложность задачи регулирования системы, именуемой организмом, и составляет содержание этой главы, да, пожалуй, и всей книги.
     
      СИСТЕМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
      Как известно тем немногим, кто по-прежнему интересуется теологией, существует всего пять признаваемых официальной церковной наукой доказательств бытия божьего; шестое доказательство, сконструированное И. Кантом, церковь отвергла (как правильно предупреждал философа за завтраком булгаковский Боланд: «Над вами смеяться будут»). Все эти доказательства, однако, весьма трудны для восприятия, и, например, в английских нравоучительных романах XVIII — XIX веков скромный сельский священник обычно пытается убедить свою паству в божественности происхождения всего сущего, приводя один-единственный, но зато весомый довод: окружающая нас живая природа представляет собой настолько сложную систему, что сама-ее сложность может служить иллюстрацией, а иногда даже доказательством божественного умысла. Ведь и вправду, трудно поверить, чтобы все эти тычинки, пестики, когти, крылья, жабры и прочие тысячи органов растений и животных образовались, а главное, функционировали согласованно самопроизвольно, а не по точному плану, составленному Создателем. А уж если бы следящему за развитием биологической науки священнику из английской глубинки стали известны выводы современной молекулярной биологии, то успех его проповедей был бы еще более полным.
      Действительно: в одной-единственной клетке — элементарной частичке живого организма можно насчитать десятки тысяч элементов, взаимодействующих друг с другом весьма разнообразными способами. Здесь и ферменты, и нуклеиновые кислоты, и гистоны, и витамины и... и еще очень много различных непонятных названий обрушилось бы на ошарашенного читателя, если бы он случайно открыл простейший учебник биохнмии. Эта наука, биологическая химия, как раз и изучает всевозможные взаимодействия и химические реакции между ферментами, нуклеиновыми кислотами и прочим — короче, между молекулами химических соединений, присутствующими в клетке.
      А поскольку существует огромное количество типов и разновидностей таких молекул (десятки тысяч — это минимальная оценка), то понятно, что даже приблизительные биохимические схемы, показывающие, как из молекулы А получается молекула Б, расползаются до размеров стендовых топографических карт генерального штаба: ведь в процессе «из А — в Б» участвуют обычно еще две-три сотни различных веществ. И подобно тому, как квадратик дивизии на карте генерального штаба превращается в сложный узор пятен, связанных запутанной паутиной стрелок и линий на карте командира дивизии, схемы химических превращений молекул в организме все больше и больше усложняются с дальнейшим развитием биохимии. Очень часто оказывается, скажем, что вещество М, которое, как ранее предполагалось, замешано в превращении А — Б, на самом деле не однородное химическое соединение, а целый набор молекул от Mi до Мп» каждая из которых играет свою, причем незаменимую, роль в упомянутом превращении.
      В этом, кстати говоря, и состоит прогресс биохимии: открыть еще один тип веществ, необходимых клетке для нормальной жизнедеятельности, проследить еще один возможный путь перестройки молекулы А в молекулу Б или уточнить детали на уже известном пути. Что же касается темпов прогресса биохимии, то, пожалуй, лучше всех их могут оценить на своем горьком опыте студенты: если лет десять назад хороший вузовский учебник хоть и насчитывал страниц восемьсот, но все же вмещался в один том, то сегодня это минимум трехтомник.
      Таким образом, с точки зрения биохимии клетка представляет собой очень сложную систему взаимодействующих молекул. А если заглянуть еще глубже? Молекулы, как известно, состоят из атомов, атомы — из элементарных частиц, те — из кварков, и ни один здравомыслящий физик не поручится, что это — последняя ступень, ведущая в глубь материи. А раз так, то не может быть, чтобы эти фундаментальные уровни строения материи не сказались в биохимических системах, — и вот уже вполне солидные ученые начинают пытаться объяснить загадку биополя электронными перестройками внутри белковых молекул или искать тайну жизни в особых свойствах элементарных частиц, входящих в состав молекул, находящихся внутри клетки.
      К сожалению, мы не можем разделить эту заманчивую точку зрения, и не только потому, что ни разу не встречались с убедительным доказательством существования биополя. Просто обширный опыт исследований реконструированных, изъятых из живой клетки биохимических систем показывает, что никаких других взаимодействий, кроме обычных химических, в этих системах не реализуется. А ведь химия — это в каком-то смысле физика молекул, и, следовательно, именно изучением молекул и взаимоотношении между ними и ограничивается задача биохимии (в основном: если быть более точными, придется вспомнить и ионы, и радикалы, и даже иногда отдельные электроны).
      Здесь уместно пеболыпое отступление, которое с виду похоже на чисто терминологическое. Спрашивается, каким единым, причем кратким термином обозначить все молекулы, принимающие участие в жизненных процессах? В научной практике, как отечественной, так и зарубеж-Hoiij для этого пользуются словосочетанием «биологические молекулы». Однако из предыдущего абзаца следует, что никаких особых биологических молекул не существует, это обычные химические соединения, свойства которых одинаковы как внутри клетки, так и вне ее. Соединение, полученное химическим синтезом в колбе или пробирке, ничем не отличается от такого же соединения, произведенного самой клеткой биосинтетическим путем.
      Тем не менее биологические молекулы все же отличаются от своих химико-синтетических двойников и отличаются именно тем, что произведены внутри клетки. Никакого противоречия со сказанным выше это утверждение не содержит: да, свойства одинаковых химических соединении будут совершенно одинаковы, но вопрос о возникновении таких, а недругих свойств у дапного соединения правомерен лишь в отношении биологической молекулы, ибо ее химическая структура отбиралась долгими веками эволюции и, значит, является до известной степени отражением этого сугубо биологического процесса.
      Итак, клетка — повторим еще раз — есть совокупность огромного числа различных биологических молекул, вступающих друг с другом в самые разнообразные отношения; естественно, что уровень сложности этих отношений трудно себе даже представить. Напрашивающееся сравнение с какой-нибудь технической или технологической системой здесь не годится: при всем уважении к заводу заводов «Уралмашу», конструкторским бюро космических кораблей или очередному гиганту по производству минеральных удобрений надо сказать, что они значительно уступают биохимической фабрике-клетке как по количеству «участников производства», так и по «номенклатуре продукции» и особенно по уровню «организации производства», ибо в нормальных условиях каждая клетка и организм в целом действуют с надежностью, удивительной для систем такой колоссальной сложности.
      Впрочем, о надежности мы еще вспомним, А сейчас речь пойдет вот о чем: совершенно очевидно, что чуть ли не самым главным для нормального функционирования биохимической системы организма является чрезвычайно четкое регулирование и управление всеми ее действиями. Описанный выше многотысячный биохимический оркестр (употребим и это сравнение) должен уметь играть свою мелодию с точностью до одной тридцать второй доли ноты. Иначе всемогущий второй закон термодинамики сделает свое черное дело и наступит какофония, хаос, развал со всеми вытекающими последствиями. Но коль скоро развала не происходит на протяжении десятков лет — значит, у биохимического оркестра есть дирижеры, есть что-то, что управляет и регулирует все взаимоотношения биологических молекул.
      Вот мы и вернулись к симпатичному сельскому священнику. «Не что-то, а Кто-то!» — воскликнул бы он в восторге от столь блестящего подкрепления своих незыблемых убеждений. Увы, нам, людям, живущим на исходе XX века, уже не дано разделять его наивные восторги. Беда в том, что как раз в нашем веке сформировалась новая наука об управлении системами — кибернетика — и один из ее основных законов гласит: всякая система, достигнув определенного уровня сложности, начинает саморегулироваться. «Само-», а значит, патриархальному представлению о всеведущем Дирижере нужно сходить со сцены.
      Кибернетика подсказывает даже, как именно происходит регуляция системы: с помощью механизма обратной связи. Предположим, что для нормальной работы системы величина А, зависящая от величины В и воздействующая на величину Б, должна находиться на вполне определенном уровне. Если по каким-то причинам уровень величины А изменяется, это сразу же сказывается на уровне величины Б. Но величина Б, оказывается, связана с В (в этом и состоит обратная связь), и поэтому уровень В также изменяется, что, в силу влияния В на А, возвращает уровень А к норме.
      Предыдущий абзац получился хоть и правильным, но слишком сухим: поэтому подкрепим его примером. Пусть наша система — это большой двор многоэтажного дома, где весело играют мальчики и девочки. Среди них и дс-
      вочка Аня (величина А), которая нет-нет да и оглядывается в сторону подъезда, где живет мальчик Вова (величина В),
      Мальчик Вова почему-то невзлюбил девочку Аню, и как только он появляется во дворе, девочке приходится уходить, чтобы Вова не устроил ей какую-нибудь неприятность.
      Но, по счастью, у девочки Ани есть старший брат Боря (величина Б), и когда, прибежав домой, она жалуется брату, Боря выходит во двор и мальчику Вове приходится вновь возвращаться в подъезд. Девочка Аня снова может беззаботно играть во дворе.
      Конечно, в реальных системах цепочка обратной связп не такая упрощенная «трехчленная», а состоит из множества звеньев и к тому же зачастую разветвляется. (В качестве иллюстрации желающим рекомендуется прочесть отличный рассказ латышского писателя А. Упита «Причины и следствия».) Но общий принцип остается таким же, а говоря о биохимических системах, можно, кроме того, заменить несколько абстрактный термип «уровень величины А» вполне конкретным: «концентрация вещества А». Ибо в биохимических системах — от клетки до организма — существуют особые типы веществ (их так и называют — биорегуляторы), основная задача которых состоит в управлении всеми жизненными процессами, причем схема регулирования заключается в пере- или недопроизводстве биорегулятора в ответ на происходящие в системе изменения. Справедливости ради следует отметить, что существует еще и регуляция систем организма с помощью нервных импульсов, но этот способ управления находится вне круга вопросов, рассматриваемых в настоящей книге: нас будут интересовать исключительно биорегуляторы-молекулы.
      Далеко не каждый вид биологических молекул годится на ответственную роль биорегулятора: из нескольких тысяч можно, пожалуй, перечислить несколько десятков (среди них и предмет нашего особого интереса — пептидные молекулы). Но именно эти немногие избранные и являются подлинными дирижерами великого биохимического оркестра, заставляющими изначальный хаос взаимных молекулярных превращений стать строго упорядоченным элементом живого, к которому вполне приложимо бессмертное определение Я. Гашека: «Систематизированная систематическая система».
      Каждый кулик, как известно, хвалит исключительно свое болото. Поэтому нечего удивляться, что автор, будучи узким специалистом (подробное пояснение этого термина смотри у Козьмы Пруткова), упорно пытается свести картину величественной и необъятной биохимической системы, обрисованную в предыдущем разделе, к довольно-таки частному вопросу о роли и функциях молекул-биорегуляторов. Однако дело здесь не только в личных пристрастиях автора:.можно с уверенностью утверждать, что вряд ли найдется проблема, которая чаще и оживленнее обсуждалась бы миллионами вообще-то равнодушных к научным спорам людей, чем проблема биохимической регуляции. И особенно — в век процветания средств массовой информации.
      Сказанное вовсе не является преувеличением: достаточно указать нынешний тираж журнала «Здоровье» (более 16 миллионов экземпляров) и вспомнить, что одноименная телепередача каждую неделю занимает сорок пять минут самого ценного — субботнего — времени первой общесоюзной программы. Разговоры о болезнях, лекарствах, беге трусцой и так далее составляют весьма существенную часть нашего повседневного общения с друзьями, и по мере того, как медицина развивается, а мы стареем, эти разговоры становятся все более интересными. Впрочем, даже девятилетний хоккеист отсылается родителями в спортивную секцию «для здоровья», и лишь лет через тридцать, уже став мастером международного класса, он поймет, что здоровье осталось там, на хоккейных полях, вместе с немыслимыми нагрузками большого спорта.
      Короче, тема «здоровье и болезни» всегда была, есть и, по-видимому, будет популярной и актуальной. А раз так, то актуальной будет и тема биохимической регуляции организма, ибо болезнь практически всегда сопровождается нарушением такой регуляции: более того, во многих случаях это нарушение и есть причина болезни.
      Практикующий врач (он же медик) обычно соглашается с подобным рассуждением, хотя и не преминет заметить, что «опускаться» на биохимический уровень для объяснения причин возникновения болезни или ее лечения слишком хлопотно, да, пожалуй, и не стоит. Врачу и без этого ясно, что причиной гипертонии в преклонном возрасте чаще всего является склероз сосудов, а спльная простуда может повлечь за собой как воспаление легких,
      так и межреберную невралгию. Хирургу еше проще: он имеет дело, как правило, с уже развитой формой болезни и думает не о том, какова концентрация тех или иных веществ в организме, а о сложностях предстоящей операции. Ипыми словами, современные медики в принципе признают пользу, приносимую биохимией медицине, но не очень охотно и с множеством оговорок.
      Это естественно: врач лечит конкретного больного, а не абстрактный организм, и его знакомство с данной болезнью начинается с симптомов, каждый из которых может быть следствием доброго десятка биохимических причин. И все же тезис о неразрывной связи между болезнью и сбоями молекулярных механизмов биохимической регуляции пускай медленно, но внедряется в сознание врачей-практиков. Ибо медики, высокомерно игнорирующие это положение н предпочитающие лечить «старым добрым дедовским способом», оказываются в наши дни еще анахроничнее героя канадского юмориста С. Ликока, который семьдесят пять лет назад безапелляционно заявлял: «Поймите, ведь это только выдумка современной медицины — считать, что причина холеры, тифа пли дифтерита кроется в бациллах и микробах. Чепуха! Причиной холеры является страшная боль в животе, а дифтерит происходит от попытки лечить больное горло».
      Итак, будем впредь считать болезнь отклонением от нормы концентраций тех или иных биологических молекул в организме, и мы не слишком отдалимся от истины. Конечно, болезнь — это не только упомянутые отклонения, но без них болезней не бывает. Следовательно, устранение болезни зачастую означает приведение к норме этих самых концентраций; то есть для излечения больного необходимо заставить его организм вновь вырабатывать, скажем, вещество А с прежней интенсивностью, а перепроизводство вещества Б, наоборот, подавить.
      Крайними примерами болезней такого рода являются тиреотоксикоз (а по-простому зоб), который весь состоит только из эффектов отравления организма продуктами слишком активно работающей щитовидной железы, или сахарный диабет — последствия недополучения организмом одного-единственного вещества, называемого инсулином. (Здесь уместно отметить, что с подобными сравнительно легко определяемыми болезнями, связанными только с нарушениями регуляции, вполне успешно справляется эндокринология — область медицинской науки, о которой мы еще не раз вспомним более подробно.)
      В распоряжении медиков есть большое число возможностей влияния на процессы биохимической регуляции: от тех же стародедовских примочек и припарок (изменение температуры тела или даже отдельных частей кожного покрова — это уже фактор, достаточный для приведения в действие чувствительной биохимической обратной связи) до хирургического вмешательства (удаление части щитовидной железы снижает производство ее продуктов, нежелательных при тиреотоксикозе). Но между изложенными предельными ситуациями лежит весьма и весьма широкая область, носящая название «химиотерапия», что можно переложить на более понятный язык как «применение лекарств». Эта-то область и будет для нас предметом дальнейшего более тщательного рассмотрения.
      Смело можно полагать, что в наше время уже не найти человека, ни разу в жизни не принимавшего лекарства. Даже если он принципиальный и сознательный борец против лекарственной терапии, можно не сомневаться, что несознательные родители, воспользовавшись его беспомощным состоянием в младенческом возрасте, все-таки подсунули ребенку хоть таблетку (пли ложку, или порошок) ненавистного ему теперь лекарства. Да и статистические отчеты Всемирной организации здравоохранения о масштабах потребления лекарственных средств населением земного шара впечатляют: десятки миллиардов таблеток, многие тысячи тонн продукции фармацевтической промышленности. И все это съедается, выпивается, глотается или даже вводится прямо в кровь с единственной целыо — привести в порядок управление биохимическими процессами в тех случаях, когда собственные биорегуляторы организма по каким-то причинам не могут справиться самостоятельно. Иными словами, лекарственные средства вынуждены во многих случаях имитировать действие природных биорегуляторов.
      Ведь если пациенту приходится, например, принимать хинин, это значит, что его собственный организм производит вещества, способные уничтожать возбудителя малярии, недостаточно интенсивно и процесс надо как-нибудь подстегнуть. Аспирин приносит облегчение больным с высокой температурой, но он нужен лишь тогда, когда естественные механизмы терморегуляции тела человека отказывают. И таких примеров можно привести сотни: просто взять справочник «Лекарственные препараты, разрешенные к употреблению в СССР» и прокомментировать аналогичным образом буквально каждое из приводимых там названий лекарств, включая даже «тыквы семя».
      Между прочим, в этом же справочнике можно найти и информацию иного рода, обычно интересующую лишь спе-циалистов-химиков. Например: «амидопирин — 1-фенил-2,3-диметил-4-диметиламино-5-пиразолон», или «норсульфазол — 2-(пара-аминобензолсульфамидо)-тиазол», или «ментол — 1-2-изопропил - 5 - метилциклогексанол -1». То есть в большинстве своем лекарствами бывают вполне определенные химические соединения, причем некоторые из них специально синтезируются на химико-фармацевтических предприятиях. Это обстоятельство, вообще говоря, хорошо согласуется с изложенными выше представлениями: природные биорегуляторы, как говорилось, есть не что иное, как химические соединения различных типов,
      поэтому нет ничего удивительного в том, что их имитаторы-лекарства тоже являются химическими соединениями.
      Надо сказать, одпако, что с подобной точкой зрения согласны далеко не все. Существует нечто вроде общественного движения (Васисуалий Лоханкин сказал бы: «направление общественной мысли»), которое выступает против лекарственных препаратов «химического» происхождения и активно ратует за возвращение к естественным средствам — например, к проверенным веками травам и другим растеппям. При этом используется примерно следующая аргументация: «химическое» лекарство
      вредно для организма, потому что для пего вредна любая «химия» (здесь следуют примеры — от ДДТ отечественного производства до диоксина производства «Доу ке-микл»), а лекарства, содержащиеся в травке, произведены самой природой и, стало быть, не могут быть не полезны. К тому же от таблеток бывает аллергия. В то же время совершенно несущественная деталь — идентичность химического соединения в таблетке тому веществу в растении, которое и производит лекарственный эффект, — разумеется, игнорируется.
      Несмотря на то, что подобные идеи овладели массами еще не в полном объеме, они уже заставляют считаться с собой как с материальной силой, причем иногда даже в изначальном смысле этого термина. По этой причине мы уклоняемся от дискуссии с «травниками», заранее обреченной на постыдный провал хотя бы в сил их физического превосходства (понятно, что обходиться при болезнях только травами могут лишь очень здоровые люди), а постараемся остановить внимание читателя на том, что впервые в нашем сочинении затронута важная проблема: происхождение лекарств.
      Действительно, откуда взялись все эти лекарства, а точнее, химические соединения, перечисленные в «Справочнике»? Получены из трав и других растений, как хинин или настойка валерьяны? Выделены из животных, как витамин Д из печени рыб, а випратокс — из яда змей? Или имеют неорганическое происхождение, как ненавидимый детьми хлористый кальций? И самое главное, откуда медики знают (и продолжают узнавать), что данное вещество влияет на организм именно таким образом? Положим, медики узнают это из того же «Справочника», но кто-то ведь составляет это издание, которое, к тому же, постоянно пополняется (около 1300 названий в последнем по времени выпуске 1979 года). Кто-то же добывает все новые и новые сведения о биологическом действии самых различных химических веществ?
      Да. Среди научных работников существует особая категория специалистов, занятых исключительно поисками новых лекарственных средств, и рассказ об их деятельности начнется уже в следующем разделе. А пока отметим лишь, что, строго говоря, эти люди не относятся ник медикам, ни к биологам, ни к химикам, ни к физикам, а пытаются по мере сил сочетать в себе черты, присущие всем этим профессиям. Если же все-таки нужно как-то назвать их узкую специальность, то автору представлялось бы наиболее удачным несколько измененное заглавие одного из романов Т. Майн-Рида — «Охотники за лекарствами», хотя научный жаргон и предлагает другое название: драг-дизайнеры.
     
      ДИЗАЙНЕРЫ МОЛЕКУЛ
      С точки зрения науки, совпадающей, впрочем, в данном случае с обычным здравым смыслом, управление любой системой можно осуществлять одним из двух методов: либо «извне», либо «изнутри». Первый метод заключается в последовательном изучении результатов воздействия на систему различных факторов и отборе тех, которые приводят к желаемому эффекту. Именно этот подход запечатлен, например, в классической формуле насчет кнута и пряника. Таким же образом, по-видимому, была создана известная фраза о том, что если лошадь щелкнуть по носу, она махнет хвостом.
      Второй метод, наоборот, основывается на предварительном тщательном исследовании внутреннего устройства системы и применении не любого фактора, а по возможности того, который нужен, и не вообще к системе, а к нескольким ее частям, наиболее важным для желаемого эффекта. Здесь в качестве примеров можно, пожалуй, приводить всю историю механики, начиная хотя бы с анкерного регулятора часового механизма, усовершенствованного, между прочим, бессмертным.французским драматургом П. Бомарше, или историю дипломатии начиная с Талейрана и Венского конгресса 1815 года.
      Совершенно очевидно, что в конечном итоге второй метод оказывается намного предпочтительнее: и экономней, и эффективней. Тем более, если дело приходится иметь с такой сложной системой, как организм, где порой достаточно чуть-чуть передозировать, скажем, порцию лекарств типа дигиталиса, и о последствиях будет судить уже патологоанатом. И все же, несмотря даже на гиппократовскую заповедь «не повреди», до сих пор медицина вообще и химиотерапия в частности вынуждены придерживаться метода «внешнего» воздействия. И опять-таки понятно, почему: дело именно в сложности биохимического устройства организма, разбираться в котором по-настоящему биохимия начала лишь в нашем веке.
      Однако медики древности не могли, разумеется, ждать или даже предвидеть появления и развития биохимии, а лечить больных надо было уже тогда. И вот наряду с экзотическими лечебными процедурами вроде магических заклинаний для изгнания духа болезни или очищения огнем стали применяться лечебные травы, порошки из толченых слоновых бивней, сушеные змеи, да мало ли что еще — и все это для внутреннего употребления. Шаманы, колдуны, дервиши и просто шарлатаны — словом, предшественники современных врачей, — не знали, конечно, о том, что в этих «препаратах» содержатся какие-то особые вещества, приводящие систему взаимоотношений биологических молекул организма к норме. Нет, они просто пользовались опытом проб и ошибок предыдущих поколений, который подсказывал, что человек, пожевавший корень женьшеня, черпает откуда-то новые жизненные силы, а напившийся сока маковых зерен становится менее чувствительным к боли; с другой стороны, попадание в пищу значительного количества, скажем, спорыньи почти всегда заканчивается весьма печально.
      Первые шаги к выделению особых лекарственных веществ из природных источников были сделаны, по всей вероятности, еще до появления алхимиков. Всевозможные отвары, вытяжки, настойки, мази и прочие лекарственные средства, приготовленные по рецептам врачей античности, имели уже куда большую концентрацию биологически активных Ееществ, чем исходные травы, или цветы шиповника, или клыки носорога. Да и производство ядов начало совершенствоваться — вспомним для примера чашу цикуты, которая была последней чашей в жизни Сократа. Раз начавшись, этот процесс отбрасывания лишних элементов и вычленения агентов, необходимых для действия на организм, уже не останавливался и продолжается, по сути, до сих пор.
      Конечно, методы выделения биологически активных веществ теперь благодаря колоссальным успехам органической и особенно биоорганической химии изменились совершенно неузнаваемо даже для наиболее передового древнегреческого фармацевта или парижского алхимика. Нынешние «охотники за лекарствами» способны безошибочно найти среди тысяч различных типов химических соединений исходного продукта те единицы, которые отвечают за биологический эффект, и получить их в абсолютно чистом виде.
      Точнее, наоборот — сначала выделить соединение, а потом проверять, что именно оно производит данное био-логическое действие. При этом в распоряжении современного исследователя находятся электрофорез, масс-спектро-метрия, жидкостная хроматография и еще множество других способов извлечения и идентификации химических соединений, о которых не слыхивали не только алхимики, но л куда как более образованные старшеклассники двадцатого столетия. Тем не менее сам принцип: взять природное сырье и выяснить, что дает основание считать его лекарством, — уцелел со времен седой старины; более того, среди специалистов в области медицинской химии особым шиком считается ссылка на какую-нибудь древнюю рукопись, где впервые было описано лечебное действие растения, из которого теперь выделено химическрх чистое вещество с аналогичным биологическим эффектом.
      Новая эра в расследовакии лекарств началась лишь тогда, когда в арсенале медицины насчитывалось уже по крайней мере несколько десятков хтшических соединений, которые можно было считать лекарствами. С той поры — примерно лет пять-десять назад поиск новых биологически активных агентов существенно видоизменился, а сравнительно недавно получил звучное, в духе времени, название — драг-дизайн.
      Английское слово «дизайн» прочно прижилось в русском языке, но почему-то только в одном довольно узком значении, которое точнее всего соответствует, наверное, слову «украшательство». По-русски говорят о дизайнерах одежды, мебели; о дизайне, скажем, цветовой гаммы жилых или служебных помещений; реже — о промышленном дизайне как о конструировании предметов, окружающих человека в его жизни и деятельности, но опягь-таки о конструировании с учетом в первую очередь требований эстетики. Между тем этот термин переводится как «конструирование, проектирование» в самом широком смысле, а выражение «драг-дизайн» — - как «конструирование (или проектирование) лекарств» (по-английски «драг» — лекарство).
      В основе драг-дизайна лежит химический синтез все новых и новых соединений, похожих на уже известные биологически активные, то есть создание аналогов существующих лекарственных препаратов и проверка их эффективности. Коль скоро мы уже знаем подробную химическую формулу лекарства, а методы синтеза позволяют проводить с исходной молекулой всевозможные модификации, сразу появляется соблазн выяснить: а что будет, если добавить в молекулярную цепочку, например, еще один атом углерода? Или вот этот водород заменить на аминогруппу NH2? Или вместо метальной группы (СНз) вставить атом хлора? Что при этом произойдет с активностью соединения, с его воздействием на организм — уменьшится биологический эффект, или увеличится, или изменит свой характер?
      Вот такой процесс отбора наиболее подходящих молекул (его еще называют скринингом, от английского глагола «просеивать») является в настоящее время чуть ли не самым распространенным способом поиска новых лекарственных средств, причем он приводит, как правило, к появлению рядов веществ, сходных между собой как по химической структуре, так и по биологическим свойствам. Возьмем, например, снотворные из ряда барбитуратов: фенобарбитал отличается от барбигала тЪлько заменой группы СН2 — СНз на фенольное кольцо CeHs, а в печально известном из-за трагической кончины Мери-лин Монро нембутале та же комбинация атомов заменена на другую: СНз — СИ — (СНг)2 — СН3. Вся же остальная довольно громоздкая часть молекулы барбитала остается неизменной: ее модификации добавляют к снотворному действию молекулы еще и иные свойства.
      Но все-таки сам по себе скрининг нельзя считать настоящим драг-дизайном, поскольку элементов собственно конструирования или проектирования, то есть стремления к определенной цели, в нем практически нет: по сути дела, он представляет собой попросту случайный перебор возможных комбинаций атомов в молекуле. Поэтому и процент удачных результатов скрининга весьма и весьма невысок: в среднем на тысячи, а то и десятки тысяч.синтезированных соединений лекарственным препаратом становится одно-два.
      Так что стандартный пример трудолюбия — работа немецкого фармаколога П. Эрлиха, создавшего в начале века знаменитый сальварсан, препарат 606, по числу испытанных веществ в процессе поиска, — оказывается немного устаревшим: в наши дни шестьсот веществ, прошедших сито скрининга и не задержавшихся в нем, — это порой еще только начало очень долгого пути к новому лекарству. Разумеется, такое положение не может устраивать ни изобретателей лекарственных средств, ни их производителей, ни, наконец, их потребителей — и, вполне естественно, любой шаг в сторону настоящего дизайна, направленного поиска молекул с заданной биологической активностью вызывает всеобщее одобрение.
      (Впрочем, не стоит преувеличивать, изображая путь осознания идеи необходимости драг-дизайна научными работниками исключительно в розовых тонах. Увы, все еще есть такие ученые, которые как могут сопротивляются внедрению направленною поиска лекарственных средств — конечно, на деле, а не на словах, — просто из-за инстинктивной неприязни ко всему, что выходит за рамки раз навсегда затверженных ими когда-то представлений.)
      Настоящий драг-дизайн состоит прежде всего из весьма тщательного анализа взаимосвязи между строением молекулы химического вещества и его биологической активностью. Делается это так: берется ряд однородных химических соединений, производится проверка их предполагаемой биологической активности, а затем начинаются поиски каких-либо закономерностей. Это не оговорка и не стилистическая небрежность: отыскиваются именно какие-либо, то есть любые возможные связи между атомной структурой молекулы и уровнем ее активности, поскольку заранее неизвестно, что же окажется наиболее важным.
      Может выясниться, например, что для проявления активности в молекуле обязательно должны содержаться три аминогруппы и одно фенольное кольцо. Или что длина молекулярной цепочки, связывающей вторую аминогруппу и гидроксил (группировка ОН), не может превышать трех звеньев. Или вдруг обнаружится зависимость между активностью и объемом функциональной группы, стоящей в девятом положении молекулы, и так далее и тому подобное.
      После этого на любом подходящем клочке бумаги (в целях беллетризации пусть это будет салфетка из институтской столовой) рисуется структурная формула соединения того же ряда, в которой по возможности учтены все найденные закономерности строения, приводящие к повышению активности. Ну а потом (в идеальном варианте) соединение сиптезируется, испытывается и становится чемпионом в своем классе биологической активности.
      Конечно, на самом деле все обстоит далеко не так просто и легко. Прежде всего сам процесс поиска закономерностей молекулярного строения отнюдь не сводится к меланхолическому поскребыванию в затылке, как можно было бы подумать на основании предыдущих абзацев. Подобные закономерности отыскиваются только с помощью довольно сложных математических алгоритмов, реализуемых на электронно-вычислительных машинах, что делает чуть ли не центральными фигурами драг-дизайна математиков.
      Кроме того, возле драг-дизайнеров, даже обладающих очень хорошей репутацией, вовсе не толпятся синтетики, сгорающие от желания получить заветную салфетку с формулой. Наоборот, зачастую дизайнер месяцами уговаривает взяться за синтез «своего» соединения и успеха добивается далеко не всегда. И, само собой разумеется, стопроцентной гарантии того, что предсказанная молекула проявит нужный тип активности, никакой дизайнер дать не в состоянии.
      Но как бы там ни было, мало-помалу к настоящему времени драг-дизайн завоевал во всем мире устойчивое положение вполне респектабельного научного направления, причем, что самое существенное, очень важного для практики поиска новых лекарств. Очевидно ведь, что, если для достижения желаемого результата вместо тысяч аналогов молекул достаточно синтезировать лишь десятки, эффективность всего процесса поиска в целом резко повышается.
      За примерами не придется далеко ходить: одним из основных отечественных центров драг-дизайна является Институт органического синтеза Академии наук Латвийской ССР, где работают не только квалифицированные дизайнеры-математики, возглавляемые известными специалистами А. Розенблитом и В. Голендером, но и многие химики, активно участвующие в процессе конструирования биологически активных веществ. При этом драг-дизайн не просто существует как очередная позиция в ежегодном отчете института, а работает, дает определенные результаты.
      Вот характерная ситуация: коллектив, возглавляемый членом-корреспондентом АН Латвийской ССР профессором Э. Лукевицем, исследует биологические эффекты так называемых кремнийорганических соединений, и во всемирном списке групп кремнийоргаников он, без сомнения, значится в числе лидирующих.
      Среди объектов, интересовавших Э. Лукевица, были алкиламиносиланы — молекулы сравнительно сложной структуры, допускающей различные вставки и замены в семи положениях, но обязательно содержащей атомы кремния и азота; некоторые из этих соединений обладали противогрибковым и антимикробным действием. Анализ связи структуры молекулы и ее активности, проведенный с помощью мощных математических методов драг-дизайна, установил, что активность соединений должна повышаться, если в молекуле будет от 8 до 13 углеродных атомов; если в цепи между атомами кремния и азота будет три звена типа СН2 и если будет выполняться еще одно специфическое условие.
      С учетом этих закономерностей было синтезировано девять новых потенциально активных соединений, и семь из них действительно оказались высокоактивными — результат очень хороший даже для самых лучших образцов драг-дизайна. Остается лишь добавить, что приведенному примеру уже десять лет и с тех пор методы драг-дизайна, развиваемые в институте но инициативе его основателя академика АН Латвийской ССР С. Тиллера, продолжают совершенствоваться.
      А теперь самое время передохнуть и порадоваться успехам современной науки. Шутка сказать, за каких-то несколько веков поиск новых лекарств — драг-дизайн — проделал огромный путь от способов высушивания змей до молекулярного уровня. И. единственное облачко на безмятежном горизонте уже возникающего научного благополучия — это сознание того факта, что и молекулярный дизайн (по крайней мере, в описанном варианте) пользуется, по существу, все тем же давнишним принципом: «щелкни по носу — махнет хвостом». Ибо нет качественного различия в том, наблюдаем мы за реакцией организма на кусочки недожаренной кобры или на кропотливо отобранные химические соединения, — в любом случае мы остаемся в рамках «внешнего» подхода, не интересующегося, вообще говоря, способами саморегуляции организма. А между тем как раз на этом пути нас ждут наиболее интересные перспективы.
     
      ДАВАЙТЕ ПОДРАЖАТЬ ПРИРОДЕ
      Существует старинный французский рассказ о веселом соревновании на сельской ярмарке. Заезжий актер на радость собравшимся искусно имитировал визг поросенка. Но один крестьянин задумал перехитрить актера: он сунул в мешок живого поросенка, спрятал его под куртку и вызвал актера на состязание. Крестьянин раскрывал рот, а между тем щипал поросенка, и тот пронзительно визжал. Но слушатели единодушно решили почему-то, что актер лучше подражает поросенку, чем крестьянин, и самозванец удалился несолоно хлебавши.
      Мораль этой истории трактуется обычно в чисто эстетическом смысле: для настоящего искусства важно не копирование реальности, а создание правдоподобия. Нам, однако, она понадобилась для совершенно иной цели: для напоминания о том, что многие лекарства вынуждены «исполнять обязанности» природных биорегуляторов организма и, следовательно, до известной степени имитировать их действие. Но, естественно, никто лучше уже существующих в организме биорегуляторов не сможет разобраться в чрезвычайно запутанных биохимических молекулярных механизмах. Так, может быть, именно они-то и будут самыми идеальными лекарствами?
      Что и говорить, мысль интересная, интересная и чрезвычайно заманчивая. Настолько заманчивая, что в последние годы весь огромный корабль международного драг-дизайна медленно, но неотвратимо сворачивает как раз на этот путь. Медленно — потому что поворот в таком направлении требует решительного отказа от прежнего «внешнего» подхода к биохимическим системам организма и замены его подробным изучением деталей устройства этих систем. Но неотвратимо — и поэтому обращение к природным биорегуляторам как к прототипам возможных лекарств вполне можно считать «тихой революцией» в современном драг-дизайне.
      Однако при осуществлении подобной революции неплохо бы поинтересоваться, а какими же, собственно, биорегуляторами располагает организм? Скажем сразу, что полного ответа на этот вопрос (по крайней мере, в отношении человеческого организма) сегодня ожидать не приходится: бурное развитие биохимических исследований выражается, в частности, в лавинообразном росте сообщений об открытиях все новых и новых биорегуляторов. Но существующие в организме классы биорегуляторов можно, пожалуй, считать установившимися.
      Каждый из таких классов заслуживает, вообще говоря, отдельных поэм в прозе, сравнимых с классическим гоголевским образцом если не значимостью, то объемом. Уже одни только названия биорегуляторов звучат величественной музыкой (разумеется, лишь для просвещенного уха): пептиды, стероиды, белки, витамины, адреналин, ацетилхолин... Список можно было бы продолжить, но сейчас нас интересуют не различия, а общие черты природных биорегуляторов. А они, как нам кажется, весьма и весьма привлекательны для предполагаемых моделей лекарственных средств.
      Прежде всего действие природных биорегуляторов высокоспецифично. В переводе с научного на обыкновенный
      язык это означает, что биорегуляторы организма воздействуют на работу только вполне определенных звеньев биохимических механизмов, например, контролируют только превращение вещества А в вещество Б и больше ни во что не вмешиваются. Это очень ценное качество, особенно если вспомнить, что механизм действия многих широко применяемых лекарств (к примеру, того же аспирина) так до конца и не выяснен: более того, почти
      всегда лекарство, «исправляя» функционирование одного участка биохимической системы, «ухудшает» функционирование другого участка.
      Хорошо, если в целом эффект действия лекарства на организм оказывается положительным, как у подавляющего большинства препаратов. А если нет? Невозможно забыть трагедию, связанную с появлением в конце шестидесятых годов на прилавках аптек Западной Европы (в основном ФРГ) нового препарата — талидомида: после применения этого средства, рекомендованного врачами женщинам во время беременности, у некоторых матерей дети рождались уродами — без рук, без ног, парализованными...
      Ведь и врачи и биохимики имеют пока чрезвычайно смутное представление о том, как и почему клетки эмбриона приобретают специализацию при формировании различных органов и систем новорожденного. А сколько еще таких «белых пятен» на картах современной молекулярной и клеточной биологии? Поэтому, строго говоря, всякий новый лекарственный препарат рискует оказаться вторым талидомндом, пусть даже и с менее драматической судьбой. Всякий — но не высокоспецифичный природный биорегулятор.
      Еще одним несомненным достоинством природных биорегуляторов является то, что для нормальной работы организма- их требуется совсем немного — в смысле количества вещества, а не разнообразия. Действительно, в таблетке аспирина — полграмма препарата, разовая доза антибиотиков — тысячные доли грамма. А типичные дозы естественных биорегуляторов — миллионные доли грамма на килограмм веса организма, а то и меньше! Иными словами, небольшая пробирка такого вещества в принципе способна удовлетворить месячную потребность города средних размеров.
      То обстоятельство, что значения концентраций, обеспечивающих нормальную реакцию организма (их еще называют физиологическими концентрациями), для природных биорегуляторов очень низки, связано в первую очередь все с той же специфичностью действия, способностью этих веществ безошибочно «определить» свое место и роль в общей системе организма. Точно таким же образом, если верить А. Дюма, четверо мушкетеров, будучи умелыми стрелками, отстояли бастион Сен-Жерве, выпустив всего несколько метких зарядов, между тем как массовый, но не прицельный огонь превосходящего по численности противника не нанес им никакого вреда. А природные биорегуляторы как раз и отличаются особой «меткостью стрельбы», так что «экономия боеприпасов» достигается фантастическая.
      Правда, здесь вполне уместным будет следующее возражение: да, когда биохимическая система находится в
      норме, физиологические концентрации биорегуляторов в месте их действия весьма малы. Но именно в месте их действия. Если же попытаться использовать природные регулирующие агенты в качестве лекарств, придется каким-то образом вводить их в организм извне и при этом часть вещества не дойдет до места назначения, а распадется в процессе доставки, как происходит со всеми лекарствами (чем обусловлен такой распад — вопрос отдельный, и он будет отдельно обсуждаться в следующей главе). Так вот, не уничтожит ли это обстоятельство все преимущества, обусловленные малостью физиологических концентраций природных биорегуляторов?
      И более того: ведь превращения лекарственного вещества, как и всякого иного регулятора, продолжаются в организме непрерывно. А как быть с продуктами превращений? Ведь это, вообще говоря, уже новые химические соединения, которые могут обладать вовсе нежелательным биологическим эффектом...
      Приведенные соображения, как легко понять, далеко не новы: они хорошо знакомы любому конструктору лекарств. Однако если за образец лекарства принять природный биорегулятор, то справиться с проблемой превращений его молекулы (по-науиному говорят — с проблемой метаболизма) оказывается даже проще, чем в случае «обычного» лекарства, к в этом еще одно преимущество подражания природе.
      Действительно, метаболизм природного биорегулятора происходит гораздо интенсивнее в сравнении с распадом других «неизвестных» организму веществ. Это отрицательное качество с точки зрения удобства введения биорегулятора в организм, но отрицательный эффект здесь все равно не слишком ограничивает возможности применения нового лекарственного средства: в худшем случае нужпую биологическую реакцию будут вызывать доли миллиграмма (вместо граммов) препарата.
      Зато с точки зрения борьбы с «осколками» уже отработавшей молекулы биорегулятора (продуктами метаболизма) использование природных, издавна присущих организму веществ может только приветствоваться, ибо за тысячелетия эволюции организм прекрасно научился с ними бороться. А это означает на языке медицины, что продукты распада природных биологических молекул не токсичны — опять-таки очень ценное свойство для лекарственного средства.
      Таким образом, идея применения в качестве лекарственных средств веществ, которые сами по себе являются регуляторами сложных молекулярных процессов в организме (или хотя бы химических соединений, близких им по структуре), оказывается даже после традиционного «первого взгляда» очень и очень соблазнительной.
      Сегодня уже существуют целые серии препаратов, специально сконструированных в подражание структуре таких природных биорегуляторов, как ацетилхолин (так называемые холиномиметики), стероиды (вспомните кортизон, преднизолои и тому подобные лекарства), и некоторых других. В числе этих других находятся и пептидные препараты, например, уже упоминавшийся инсулин, представляющий собой, по существу, единственное эффективное средство борьбы с тяжелыми формами диабета. Но, к сожалению, ассортимент таких лекарств еще далеко не соответствует ни потребностям медицины, ни даже возможностям, имеющимся в распоряжении современного драг-дизайна. А между тем возможности эти велики, и рассказ о том, каким образом они используются для конструирования химических соединений по образцу природных биорегуляторов, так сказать, репортаж с места события, был бы, несомненно, довольно интересным.
      Выбор именно пептидов как объектов рассказа обусловлен, как легко понять, личными научными интересами автора, но не только ими. Пептиды в самом деле обладают настолько удивительными свойствами, выделяющими их из прочих биорегуляторов, что некоторые энтузиасты всерьез уверяют: пептидам суждено стать лекарствами будущего. Сейчас еще трудно сказать, правы ли они, однако доводы энтузиастов уже настолько убедительны, что вполне оправдывают наше намерение спуститься с тех высот «птичьего полета», с которых мы рассматривали биохимическую систему организма в настоящей главе, и поближе присмотреться к ее чрезвычайно важным элементам — молекулам пептидных биорегуляторов.
     
      Глава 2. ПЕПТИДЫ КРУПНЫМ ПЛАНОМ
     
      До сих пор мы использовали слово «пептиды» просто как обозначение одного из многих классов молекул-биорегуляторов — примерно так же, как мы говорим «собака», увидев симпатичное (омерзительное) животное, дружелюбно помахивающее хвостом (злобно оскалившее зубы; варианты в скобках приведены для еще существующих читателей-собаконенавистников).
      Однако эксперт-собаковед был бы попросту оскорблен таким упрощенным подходом ко всему собачьему племени в целом.
      В самом деле, разница между гигантским датским догом и карликовым тойтерьером заключается отнюдь не только в величине, но и еще в целом ряде качеств, присущих одной породе и отсутствующих у другой. Всем известно, например, что фокстерьер — порода охотничья, а ньюфаундленд обладает не самым лучшим обонянием, зато значительно превосходит болонку как защитник своего хозяина. Одним словом, несмотря на то, что все собаки — родственники, они относятся к одному и тому же виду Canis familiaris в зоологической классификации — их свойства могут быть совершенно различными.
      Впрочем, мы несколько отклонились от темы: в сущности, весь предыдущий пассаж понадобился для того лишь, чтобы отметить следующий факт: пептиды (как и собаки) весьма и весьма различны между собой, хоть и имеют общее химическое «происхождение». Поэтому, что-бы как-то понимать законы, управляющие поведением пептидов в организме, а уж тем более говорить об их лекарственном действии, нам просто необходимо познакомнться с пептидами поближе и постараться научиться «узнавать их в лицо». В этом и состоит цель нашей второй главы.
      АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ
      С точки зрения химика, пептиды организованы до-вольно сложным образом. Их молекулы представляют собой полимеры, то есть цепочки из нескольких мономерных единиц, называемых аминокислотами. В свою очередь, молекулы аминокислот устроены так, что на одном их конце находится группа NH2, или аминогруппа, а на другом — группа СООН, придающая этому химическому соединению свойства кислоты. Отсюда и возникает название: амипокислота. Отсюда же следуют и общеупотребительные в пептидном деле обозначения концов молекулы: N- и С-конец.
      Между описанными двумя концевыми группами могут быть в принципе расположены любые комбинации атомов, и все равно полученные из них молекулы будут иметь полпое право считаться аминокислотами. Но пентиды, функционирующие в организме, построены, как правило, лишь из вполне определенных аминокислот вида:
      причем когда аминокислоты соединяются в цепочку (с выделением молекул воды), то типичный пептид может быть представлен как:
      Элемент — CONH — , называемый пептидной труппои, пли пептидной связью, повторяясь, образует остов молекулы (в дословном переводе с английского backboпе — костяк, скелет), а различные типы атомных группировок, ответвляющиеся от остова и условно обозначенные буквами Ri, R2? R3... Rn? называются боковыми цепями.
      Таким образом, остов молекулы пептида является монотонным повторением одного и того же сочетания атомов (кристаллографы, к вящей зависти представителей других естественных наук, выразились бы куда более изящно, употребив легализованное ими выражение «монотонный атомный мотив»). Зато каждая боковая цепь имеет свою яркую индивидуальность. В целом это все напоминает модные в свое время ожерелья из разноцветных и разнокалиберных кусочков пластмассы — тем более что молекула пептида иногда бывает замкнута в кольцо.
      Или еще более близкое сравнение: представьте себе вереницу взявшихся за руки артисток кордебалета в самых разнообразных одеяниях, исполняющих на сцене сложный танец так, что цепочка остается ненарушенной. Надо признаться, что этот пример не вполне оригинален: однажды в солидном научном учреждении снимался популярный телефильм о пептидах, и одаренный буйной фантазией сценарист предложил изобразить молекулу пептида на цветном телеэкране именно в таком виде.
      Увы, консервативные ученые консультанты наотрез отказались иллюстрировать свои научные достижения с помощью легкомысленного кордебалета, что, по-видимому, и повлекло за собой неизбежный провал фильма. Конечно, теперь эти консультанты горько сожалеют о своей несгибаемой принципиальности, не позволившей им дать полное представление о пептидах если не миллионам телезрителей, то хотя бы некоторым из балерин, но — уже поздно.
      Разнообразие аминокислот, из которых образуются природные пептиды, не так уж велико: подавляющее
      большинство пептидов состоит из двадцати типов мономеров, различающихся, как уже было сказано, характером боковых цепей. При включении в молекулу пептида каждая аминокислота превращается в так называемый аминокислотный остаток, которых, естественно, будет тоже двадцать:
      Глицин гли G
      Аланин ала А
      Валин вал V
      Серии сер S
      Треонин тре т
      Аспарагин асн N
      Аспарагиновая кислота асп D
      Глутамип глн Q
      Глутаминовая кислота глу Е
      Лизин ЛИЗ К
      Аргинин арг R
      Цистеин цис С
      Метионин мет М
      Фенилаланин фен F
      Триптофан три W
      Тирозин тир Y
      Гистидин гис Н
      Лейцин лей L
      Изолейцин иле I
      Пролин про Р
      Здесь приведены, наряду v; названиями, два способа обозначений аминокислотных остатков: трехбуквенный и однобуквенный; в научной литературе приняты оба, хотя некоторое предпочтение отдается первому.
      Итак, для несостоявшегося пептидного балета понадобилось бы всего двадцать типов танцовщиц или, за неимением такого разнообразия хореографических индивидуальностей, хотя бы двадцать типов балетных костюмов. Можно сказать и по-другому, более информативно и более вычурно: алфавит одного из языков, па которых организм отдает приказы самому себе, насчитывает двадцать букв — тех самых, что стоят в третьей колонке только что записанной таблицы. А задача исследователя как раз и состоит в овладении этим языком. В худшем случае хотелось бы понимать, какой смысл несут его «слова» (например, DRVYIHPF или TKPR), мелькающие на страницах научных журналов, а в лучшем — самому «заговорить» на этом языке, создавая осмысленные «буквосочетания» из аминокислот.
      Однако об пзучении «пептидного языка» речь еще будет идти впоследствии, и очень подробно. А пока вернемся к аминокислотам, упомянутым в таблице. В свое время они пользовались звучным титулом «магического набора», поскольку те, кто начинал систематические исследования пептидов, были немало поражены обстоятельством, на которое вряд ли обратил внимание кто-нибудь из читателей: а почему именно эти двадцать аминокислотных остатков попали в состав природных пептидных молекул?
      Ответ на поставленный вопрос внешне довольно прост: инструкция по включению в пептидную цепь именно этих двадцати аминокислот накрепко записана в организме на «нуклеиновом языке» в молекулах нуклеиновых кислот, размножение которых и обеспечивает передачу всей генетической информации об организме от поколения к поколению. Эти «самые главные молекулы» (по удачному выражению профессора М. Франк-Каменецкого) представляют собой очень длинные цепочки, построенные из четырех типов мономеров, называемых нуклеотидами (поэтому алфавит «нуклеинового языка» в отличие от «пептидного» состоит всего из четырех «букв»). При этом каждое из шестидесяти одного возможного сочетания из трех нуклеотидов (три сочетания исключают-
      ся) прочитывается организмом как приказ выбрать из своих «запасов» какую-либо аминокислоту.
      Соответствие между тройками нуклеотидов и выбираемыми аминокислотами устанавливает генетический код, открытие которого до сих пор можно смело считать самым большим достижением биологии XX века. А правилами этого кода предусмотрен выбор только описанных выше двадцати аминокислот.
      Правда, в природных пептидах, хоть и редко, встречаются другие аминокислотные остатки, например, пироглу-тамат или оксипролин, но они, как говорят на молекулярно-биологическом жаргоне, не кодируются, а получаются в организме с помощью разных биохимических ухищрений из аминокислот все того же «магического набора», уже включенных в состав пептидных молекул.
      Надо признаться, что описание в рамках всего трех абзацев сложнейшей проблемы, официально называемой ни много ни мало «центральной догмой молекулярной биологии», может несколько дезориентировать читателя. Ведь невольно создается впечатление, что решение проблемы — -«почему именно эти двадцать аминокислот» — далось легко и просто. На самом же деле это потребовало многих лет труда, сотен, если не тысяч изощренных экспериментов и немалых чисто человеческих разочарований, ибо об «устройстве», например, генетического кода были выдвинуты десятки остроумнейших гипотез, а уцелела в результате лишь одна, предложенная английским ученым Ф. Криком и американцами М. Ниренбергом и С. Очоа.
      Мало того, превращение этой гипотезы в общепризнанную (на уровне Нобелевской премии) теорию немедленно выдвинуло новую проблему: почему данная тройка нуклеотидов означает выбор именно данной аминокислоты? И вот уже на этот вопрос на сегодняшний день полного ответа не знает никто, и поэтому ученые вынуждены ставить новые эксперименты, придумывать новые гипотезы, и так далее. Инымп словами, в науке удачный ответ — это только повод для новых вопросов, и в этом смысле воспеваемая восторженными журналистами творческая жизнь научных работников отличается от бега белки в колесе лишь возможностью в случае успеха расширить размеры колеса.
      Впрочем, забудем эту печальную (но зато правдивую) сентенцию и с новыми силами возвратимся к изложению: ведь мы теперь твердо знаем, что пептиды — это цепочки аминокислот «магического набора», выстроенные в ряд
      (его еще называют «аминокислотная последовательность») от N- до С-конца. Более того, оказывается, что, зная, как построены пептиды, мы тем самым знаем и то, как построены белки, вещества, выполняющие в организме множество чрезвычайно важных функций — от обеспечения правильного течения биохимических реакций (бетт-ферменты) до использования в качестве строительного материала (вспомним любимый журнал «Здоровье»: белки, жиры, углеводы...).
      По представлениям того же химика белки — это точно такие же цепочки из тех же двадцати типов аминокислотных остатков, выстроенные в такую же последовательность от N- к С-концу, но включающие в нее гораздо больше мономеров, чем пептиды. Так что для химика более привычным, чем формула журнала «Здоровье», является словосочетание «белки и пептиды», поскольку химия пептидов и химия белков не слишком далеки друг от друга. Даже регулярно созываемый Всесоюзный симпозиум носит название «по химии белков и пептидов». Поэтому химику трудно провести четкую грань между белком и пептидом; обычно считается, что цепочка размерами где-то не более 50 аминокислот — это еще пептид, а сверх того — уже белок.
      В нашей книге речь пойдет вообще только об олигопептидах, состоящих не более чем из десяти-пятнадцати аминокислот (по-гречески «олигос» означает «малый»). Конечно, разделение это условное, и вообще вряд ли можно его обосновать с чисто химической точки зрения: количество аминокислотных остатков в цепи переходит в повое качество скорее в отношении физических свойств молекулярной цепочки. Но и с точки зрения биолога, связь между белками и пептидами в организме оказывается весьма тесной, и чтобы убедиться в этом, достаточно прочитать следующий раздел.
     
      В СТРАНЕ ГОРМОНОВ И КИНИНОВ
      Если вернуться к шутливому сравнению пептидного и собачьего разнообразия, сделанному в начале главы, то придется признать, что особого продвижения вперед незаметно. Да, теперь мы умеем отличить собаку от кошки, то бишь пептид от какого-нибудь другого химического соединения. Но отличать один природный пептид от другого, не спутать сеттера с таксой — иными словами, провес-
      ти классификацию пептидов мы по-прежнему не в состоянии.
      И, между прочим, не только мы с вами. Проблема классификации пептидов, да и всякой другой научной классификации, не так проста, как это может показаться с первого взгляда. Ведь «привнесение порядка» (как выразился бы один из героев повести А. и Б. Стругацких «Улитка на склоне») является необходимым начальным этапом любой научной дисциплины: вспомним, в каком состоянии находилась ботаника до К. Линнея или физика высоких энергий до введения представления о кварках.
      На первых порах большую роль играет также создание удобной и правильно отражающей суть дела терминологии, что может подтвердить любой студент, уже усвоивший на собственном опыте непоколебимое правило: самый трудный экзамен можно сдать не менее чем на три балла, если твердо знать смысл всех непонятных слов, которыми любит пользоваться экзаменатор.
      И, конечно, самое главное — найти тот ключ, тот основной признак, в соответствии с которым классифицируемые объекты (в нашем случае пептиды) можно будет разделить на роды, виды, группы и прочее.
      На сегодняшний день, однако, универсального общепринятого признака для классификации пептидов не существует. Причем дело вовсе не в убожестве пептидной науки: наоборот, как это ни странно, такое положение создалось в последние годы именно благодаря бурному развитию всевозможных пептидных исследований. Дело в том, что раньше, лет тридцать-сорок тому назад, пептидами организма интересовались, по существу, только медики. А для настоящего медика любое вещество организма накрепко связано с тем органом или системой, где оно было обнаружено или где оно возникает.
      Для обозначения последнего процесса был придуман даже специальный глагол: не «возникает» или «выделяется», а «секретируется». Один термин немедленно повлек за собой другой, и те органы, которые секретируют биорегуляторы, получили название «железы внутренней секреции» (поджелудочная железа, щитовидная железа, гипофиз... словом, опять-таки смотри журнал «Здоровье»).
      Что же именно секретируют эти железы? И здесь медицина создала звучный термин: железы секретируют гормоны (от греческого «хормонос» — движущие силы), то есть то, что приводит в движение различные пружины
      и шестеренки организма. Ну а направление медицины, изучающее работу желез внутренней секреции и их заболевания, назвали эндокринологией (приставка «эндо» означает «внутри» все на том же греческом).
      Новая отрасль, снабженная надежной терминологией, принялась за работу и вполне успешно описывала гормональную систему регуляции организма примерно следующим образом: железы внутренней секреции, как уже сказано, секретируют гормоны, которые затем каким-нибудь образом добираются до той точки, где они должны проявить свое действие. Тридцать лет назад были известны в основном стероидные гормоны, регулирующие многие функции организма (например, те, от которых зависит различие между двумя половинами рода человеческого), и, как казалось, пептидные гормоны включаются в общую систему регуляции так же, как и стероиды. (Предполагается, что здесь легко догадаться о разнице между пептидом и стероидом: оба слова обозначают определенные типы строения органических молекул, различные между собой по химическим и биологическим свойствам.)
      Типичным примером в этом отношении может служить пептидный гормон окситоцин — молекулярная цепочка, состоящая из девяти аминокислот, — который обладает целым рядом полезных свойств: например, заставляет сокращаться так называемую гладкую мускула-туру, благодаря чему может служить прекрасным родовспомогательным средством. Окситоцин секретируется в кровь из гипофиза и немедленно подхватывается специальным носителем, белком под названием «нейрофизин». В комплексе с этим белком он проплывает долгий путь по кровяному руслу (вспомним, что гипофиз расположен вблизи головного мозга) и, прибыв к месту действия, освобождается от носителя. Короче говоря, все происходит в точности по схеме, описанной вначале.
      Но, как выяснилось впоследствии, далеко не все пептидные гормоны ведут себя с таким же уважением к эндокринологическим схемам, как окситоцин. Существует целая большая группа пептидных биорегуляторов, которые не секретируются никакими железами внутренней секреции, а образуются прямо в крови или в тех тканях и органах, где необходимо их действие. Разумеется, медицина не растерялась, обнаружив пептиды, не укладывающиеся в схему: она просто немедленно назвала такие пептиды кининами, или тканевыми гормонами, и совместно с биохимией принялась за выяснение того, откуда ки-нины берутся. И, надо сказать, картина открылась весьма впечатляющая.
      В предыдущей главе уже говорилось об организме как о саморегулирующейся и самоуправляющейся системе, причем успешно функционирующей без всякой электроники. Возможно даже, что говорилось это с излишней патетикой. Но, честное слово, никакая патетика не кажется чрезмерной, когда начинаешь знакомиться все ближе и ближе с деталями устройства самой сложной в мире молекулярной машины, называемой организмом. Взять хотя бы сугубо частную проблему, интересующую нас в данный момент: происхождение кининов.
      Начать следует, видимо, с сообщения достаточно тривиального: некоторые белки организма являются фермеп-
      тами, веществами, способными резко ускорять те или иные биохимические реакции. К числу таких реакций относится и разрыв химических связей, сопровождаемый распадом молекул, на которые подействовал фермент данного типа. При этом процесс разрыва связи происходит в строго определенной последовательности: молекулы фермента и подлежащего распаду вещества объединяются в комплекс — избранная ферментом химическая связь разрывается — комплекс разрушается, и продукты распада отходят от молекулы фермента, которая снова готова к «отлову» следующей «жертвы». Таким образом, сравнение ферментов с «молекулярными хищниками» напрашивается само собой.
      Однако в отличие от хищников-животных хищники-ферменты очень разборчивы (данный фермент обычно «ест» химическую связь только данного типа и у молекул данного класса) и чудовищно эффективны: некоторые из них способны разрывать сотни тысяч (!) молекул в секунду.
      Ферменты-хищники составляют особый, довольно большой отряд ферментов вообще (ведь есть, например, и фермепты-строители), а поскольку названия ферментов, как правило, завершаются суффиксом «-аза», в биохимическом просторечии их так и зовут: азы. Часть названия перед суффиксом обычно связана с тем объектом, на который действует фермент, и один из английских научных журналов писал в шутку о биохимиках 30-х годов: «Если бы они не знали, что такое серная кислота, то, случайпо пролив ее на стол, они сразу же назвали бы это вещество стол-азой».
      Так вот, среди хищников — аз почетное место занимают пептидазы. Как уже ясно из названия, эти белки охотятся за себе подобными: они разрывают пептидные связи между аминокислотными остатками в последовательностях других белков. В результате образуются небольшие обрывки белковой цепи — пептиды, которые и выполпяют роль кининов. Спрашивается, что же в описанном каннибальском процессе удивительного, захватывающего и достойного упомянутой выше патетики?
      Ответ можно облечь в одно-единственное слово: надежность. Любой из нас, кому хоть когда-нибудь приходилось хоть что-нибудь организовывать — производственный процесс, покупку дефицитного товара или просто дружескую вечеринку, — знает, как сложно построить дело так, чтобы все задуманное было выполнено точно по плану, без сбоев. В начале, в середине или в последний момент — всегда найдется непредвиденное препятствие, которое нужно будет обойти, устранить или приспособиться к нему. А иначе легко оказаться в ситуации, запечатленной в знаменитом польском фильме «Гангстеры и филантропы», когда рассчитанное на пять ходов вперед блестящее ограбление срывается из-за того, что новый путепровод, торжественно принятый в эксплуатацию днем, той же ночью уже нуждается в ремонте...
      В мире гормонов и кининов таких провалов не бывает: все участники операции по «вырезанию» кинина из молекулы белка (часто говорят: белка-предшественника) оказываются хорошо к ней подготовлены и находятся в нужные сроки на нужных местах.
      Вот как, например, выглядит «жизненный цикл» ангиотензина, восьмнчленного пептида, регулирующего уровень давления крови. В плазме крови находится синтезируемый где-то в недрах организма белок антиотензино-ген, первые восемь остатков которого и составляют ангиотензин. До поры до времени с ангиотензиногеном не происходит ничего плохого: лишь трипсин, фермент довольно-таки неразборчивый, может отрезать от его молекулы первые четырнадцать аминокислот.
      Но вот по какой-то причине давление крови упало. В ответ особые клетки в почках выбрасывают в кровяное русло фермент ренин. Этот «хищник» уже «запрограммирован» только на то, чтобы отщепить от ангиотензиногена (или от его четырнадцатичленного N-концевого фрагмента) начальный участок из десяти аминокислотных остатков — проангиотензин.
      Проангиотензин сам по себе не проявляет биологической активности и более или менее спокойно доплывает с кровью до легких, где его атакует следующий фермент, имеющий несколько названий — кининаза II, пептидил-дипептидаза, ангиотензин-превращающий фермент, который «отгрызает» у проангиотензина два последних С-концевых остатка.
      С этого момента ангиотензин становится самим собой и начинает действовать: сокращает стенки сосудов, благодаря чему давление крови повышается и, добравшись с потоком крови до надпочечников, запускает еще один механизм повышения давления.
      Правда, в надпочечники попадает уже не столько ангиотензин, сколько его семичлениый «огрызок» без первой аминокислоты, потерянной по дороге в схватках с пептидазами. Этот фрагмент еще активен, но дальнейшее его уменьшение уничтожает активность, и вполне безвредные и бесполезные обломки ангиотензина разрываются различными пептидазами до уровня отдельных мономеров. При этом на всю операцию — от вступления в действие ренина до завершающего пиршества пептидаз — затрачивается всего несколько десятков секунд.
      Так на практике реализуется основной принцип регуляции с помощью пептидных кининов: выделение желаемого вещества в желаемой точке в желаемое время. А если пример с ангиотензином не смог убедить кого-нибудь, что описанная четкая и надежная организация достойна всяческого восхищения, остается лишь посоветовать в следующий раз не проходить мимо ближайшей к дому большой стройки, а зайти па стройплощадку и четверть часа последить за организацией работы на ней, думается, после этого дальнейшие пояснения станут излишними.
      Что же касается классификации пептидных биорегуляторов, то их разделение на две большие группы — гормоны и кинины — оказалось довольно удачным, и в медицине, например, такая классификация удерживается по сей день. В биохимии, где общий уровень описания более скрупулезен, те же, в сущности, группы получили более четкие границы: стали выделять секреторные (повторим в последний раз: то есть выделяемые железами внутренней секреции) и несекреторные пептиды, имея в виду, что последние обязаны своим происхождением существованию белков-предшественников. Эта стройная картина не смогла, однако, выдержать натиска новых открытий передовой пептидной мысли.
      Прежде всего выяснилось, что пептиды-регуляторы выбрасываются в кровь не только железами внутренней секреции, но и другими, казалось бы, совершенно не приспособленными для этого органами: скажем, сердцем (этот пример попал даже в еженедельник «За рубежом/)). А с другой стороны, многие классические секреторные пептиды, и среди них тот же окситоцин, обладают, как оказалось, своими белками-предшественниками (предшественники окситоцина сосредоточены в гипоталамусе) и, следовательно, являются не такими уж секреторными...
      Короче, в научной системе раскладывания природных пептидов по полочкам вновь наступил полный хаос, и, как уже говорилось, пожалуй, ни один отвечающий за
      свои слова специалист не возьмется сейчас утверждать, что такой-то пептид принадлежит именно к данному классу, а не к другому.
      Однако, несмотря на все развитие науки, жить как-то надо, и исследовать пептидные биорегуляторы тоже надо. Поэтому, пока глубокие теоретики от терминологии ведут свои высокоученые споры, практики пептидного дела негласно договорились до вынесения окончательного терминологического вердикта разделять пептиды по их биологическим свойствам или, точнее, по действию на различные системы организма: сердечно-сосудистую, желудочно-кишечную, нервную и прочие. Конечно, такая классификация тоже неоднозначна: бывают пептиды, которые обладаю специфической активностью в нескольких системах сразу. Но с этим неудобством приходится смиряться, если хочешь идти вперед. А нас впереди как раз и ждет рассказ о некоторых наиболее известных и интересных группах пептидов.
     
      МЕЖДУ ТЕЛОМ И ДУШОЙ
      Если бы кто-нибудь взял на себя труд составления полного библиографического указателя литературных произведений на тему «Связь между душой и телом человека», то можно не сомневаться, что такой указатель был бы многотомным. Не менее половины издания занимал бы, очевидно, список названий беллетристики (даже если ограничиться временными рамками от «Фауста» Гёте до «Доктора Фаустуса» Т. Манна). Несколько поменьше места было бы отведено под перечисление теологических сочинений. А наиболее тонкий том содержал бы сведения о сравнительно немногочисленных работах философов, мистиков, оккультистов, любителей парапсихологии и просто психологии и, наконец, представителей естественных наук: медицины, химии, биологии, причел! этим последним было бы предоставлено всего несколько страниц.
      Ясно, таким образом, что в затронутой области практически безраздельно господствуют гуманитарии. (Это и понятно, поскольку вопрос о взаимоотношениях души и тела — одна из самых острых мировоззренческих проблем, которая когда-либо волновала и продолжает волновать все новые и новые поколения. Можно поручиться, что по временам о своей душе задумываются даже самые
      ортодоксальные материалисты из числа наших читателей.)
      Но так уж сложилось разделение труда в истории человечества, что, несмотря на первенство гуманитариев по части представительства, выяснение основ понятий, которыми гуманитарии оперируют, становится почему-то уделом естественников,
      Вопрос о душе также не избежал общей участи. Пока на протяжении многих столетий поэты и богословы соревновались в описаниях тончайших нюансов цвета, тона и, может быть, даже запаха души, ученые-естественники, например Аристотель, для начала пытались понять, где же расположена эта самая душа в теле человека. Во времена схоластов считалось, что вместилищем души
      является все тело: недаром любое серьезное повреждение тела может привести к «утечке» души и, как следствие, к смерти.
      Наука нового времени, пришедшего вслед за Возрождением, «переселила» душу в голову, точнее, в головной мозг. Великий философ и естествоиспытатель Р. Декарт вообще рассматривал весь организм человека как машину, управляемую душой с помощью мозга. Вот как излагают этот раздел учення Декарта советские историки науки: «В крови содержатся «духи жизни», или «животные духи», — тончайшие материальные частицы артериальной крови. Они способны подниматься в мозг по нервам, доходят до помещенной в мозг души, воздействуют на нее и возвращаются по нервам, приводя в действие соединенные с ними мышцы».
      Надо сказать, что и спустя два века после Декарта некто Евгений Базаров, будучи стихийным атеистом, тем не менее понимал обсуждаемые проблемы примерно так же. Но уже через одно-два поколения началась исключительно плодотворная деятельность двух выдающихся физиологов — И. Сеченова и И. Павлова, результатом которой явилось почти полное изгнание души из тела.
      Последнее утверждение не следует, конечно, понимать буквально. (Как не следует принимать предыдущие абзацы за последовательный и, главное, полный рассказ об истории физиологии.) Сеченов и Павлов никогда всерьез не покушались на научно достоверное описание сознания: отдельные заметки и замечания в счет не идут. Но вот изучение «Рефлексов головного мозга» (название наиболее фундаментальной работы И. Сеченова), то есть способов реакции мозга на раздражения различных нервов, связанных с ним, привело к возникновению представления об универсальном управляющем комплексе — центральной нервной системе, в которой места душе как-то не находилось.
      Ведь мозг на очень многие типы раздражений реагирует автоматически, без малейшего участия сознания. А если еще учесть, что именно так регулируются основные процессы, необходимые для жизнедеятельности: сосание, жевание, хождение и т. п., то становится понятно, почему центральная нервная система, частью которой является головной мозг, по существу заменила собой теперь уже устаревшее понятие «душа».
      Подобно П. Лапласу, не нуждавшемуся, как известно, в гипотезе о существовании бога для построения системы мироздания, современная биология попросту не нуждается в таком кирпичике, как «душа», для создания удовлетворительной картины функционирования человеческого организма.
      Подменив душу центральной нервной системой, наука, разумеется, не успокоилась, а пошла дальше по пути исследования этой системы. Большой успех был достигнут, в частности, при изучении способов общения отдельных частей нервной системы между собой и с другими системами организма. Выяснилась природа сигналов, передающих ощущение «раздражения» по нерву: ими оказались электрические импульсы. Выяснилось, что передаче, возбуждению или подавлению этих сигналов могут помогать (или, наоборот, служить помехой) самые различные химические соединения, относящиеся, в частности, к разряду гормонов, — многих из них назвали нейромедиаторами и нейротрансмиттерами. И наконец, как с полным правом могли ожидать читатели, выяснилось, что некоторые из этих соединений являются пептидами.
      Здесь вполне уместно будет отметить, что приведенная выше гладкая и последовательная цепочка событий выглядит таковой только на бумаге, для которой, как известно, характерно полное отсутствие оврагов. На самом же деле каждый этап давался с огромным трудом, был отделен от последующего десятками лет и почти всегда воспринимался современниками как нечто выдающееся и, уж во всяком случае, как потрясение основ. В подтверждение этих слов можно привести тот факт, что на рубеже 70-х и 80-х годов нашего столетия открытие пептидов, действующих на центральную нервную систему — нейропептидов, как их стали называть, — было отмечено присуждением Нобелевской премии: ее получили два американских биохимика, Р. Гуллемин и Э. Шелли.
      Появление нейропептидов на биохимической сцене действительно было одним из крупнейших событий 70-х годов, которое вызвало оживленные споры на страницах научных изданий и большие надежды в более широкой прессе. Существо подобных надежд станет понятнее, если познакомиться с хотя бы очень краткой историей открытия и исследования одного из типов нейропептидов, так называемых эндорфинов.
      Первые статьи об эндооЛинах появились в 1975 году.
      В ннх сообщалось, что из мозга млекопитающих были выделены вещества пептидной природы, которые обладали удивительными свойствами: при введении в мозг других животных онп вызывали эффект обезболивания, причем точками нх действия были те же точки, что и у весьма известного обезболивающего средства морфина. (С понятным чувством ностальгии по прошедшей молодости вспоминает автор эти статьи. В особенности запомнилось конструирование нового термина «эндорфин» в одной из них: окончание «орфин», как объяснялось, осталось от «морфина», а что такое приставка «эндо», уже ясно и такВ итоге получается слово со смыслом «внутренний морфин».) Естественно, что раскрытие секрета управления вечным врагом человека — болью — с помощью внутренних, присущих самому организму биорегуляторов вместо наркотиков типа морфина, имеющих, пожалуй, больше недостатков, чем достоинств, не могло не привлечь интерес как специалистов, так и просто людей, не безразличных к науке.
      Эндорфины оказались довольно длинными пептидами — цепочками в тридцать, сорок, шестьдесят аминокислот, причем их аминокислотные последовательности, как довольно быстро было показано, содержатся внутри последовательностей других белков-предшественников, выполняющих в организме до их расщепления пептидазами совсем иные функции.
      Далее установили, что для достаточно хорошей имитации действия морфина хватает небольших кусочков длиной в пять первых аминокислотных остатков эндорфи-нов: эти кусочки получили название «энкефалины», что можпо весьма приблизительно перевести как «имеющие отношение к головному мозгу». (От того же греческого корня «энкефалос» — мозг — ведут происхождение всем известные энцефалит и энцефалограмма.) И, пако-нец, началась чрезвычайно широкая и интенсивная международная погоня за обезболивающим лекарственным средством, которое было бы создано на основе энкефали-нов. Такая погоня продолжается по сей день, и это само по себе уже говорит не только о трудности поставленной задачи, но и об интересе к ней, о неослабевающем энтузиазме исследователей.
      Этот энтузиазм особенно был велик в конце 70-х годов, когда казалось, что искомое лекарство вот-вот будет найдено. В то время любая мало-мальски грамотная работа об энкефалинах принималась чуть ли не с восторгом и, во всяком случае, весьма эмоционально. В какой-то мере нечто подобное довелось однажды испытать и автору этой книги: когда небольшой коллектив, участником которого он был, опубликовал в солидном международном журнале статью по энкефалинам, имевшую широкий резонанс, волна эмоций окружающих поднялась довольно высоко.
      Разумеется, семейство нейропептидов не исчерпывается энкефалинами и эндорфинами, точно так же, как и перечень их биологических эффектов не исчерпывается обезболиванием. Показано, что есть пептиды (например, нейротензин), которые могли бы быть нейротрансмиттерами или нейромедиаторами. Некоторые пептиды, такие, как вазопрессин, гормон, очень похожий на уже знакомый нам окситоцин, влияют на память, улучшая ее в преклонном возрасте. Очень интересным было сообщение о так называемом «пептиде сна», девятичленном аминокислотном фрагменте, воздействующем на процесс сна — чуть ли не самый сложный физиологический процесс в организме. (Справедливости ради следует сказать, что пока «пептид сна» в полной мере проявляет свои уникальные свойства лишь в той швейцарской лаборатории, где он был открыт; в науке случается и такое.) И, кроме всего прочего, большое количество пептидов самых различных типов способно изменять поведение лабораторных животных, то есть вызывать, как говорят, поведенческие реакции.
      Уже одно только исследование поведенческих реакций, вызванных нейропептидами, представляет собой целое научное направление со своими методами, теориями и лидерами, причем все эти три компонента подвержены непрерывному изменению. Поэтому вряд ли стоит подробно описывать современное состояние работ по разным нейропептидам: все равно написанное сегодня уже устареет завтра.
      Пожалуй, есть только одна грань проблемы, которая не затуманивается с развитием исследовании нейропептидов, а наоборот, становится все более четкой, ясной и привлекательной. Это — перспектива их применения в фармакологии и медицине: представьте себе хотя бы безвредное лекарство «от плохой памяти»... Так что без особых сомнений можно предсказать большое и разнообразное будущее нейропептидов — молекул, связывающих воедино тело и душу.
      Описанный в предыдущем разделе нейропептидный бум переживал свой наивысший подъем сравнительно недавно, на рубеже десятилетий. И, казалось бы, пептидная наука могла позволить себе несколько лет передышки. Но беда в том, что дежурная фраза о «стремительном развитии наукп» вовсе не пустые слова: уже в начале 80-х годов на научных работников, занимающихся пептидами, обрушился новый, иммупопептидный бум.
      Вряд ли можно утверждать, однако, что бум этот был совсем уж неожиданным. Напротив, он был обусловлен резко возросшим за последние годы объемом знаний о биохимии иммунной системы организма.
      Рассказ о деятельности иммунной системы на биохимическом уровне — дело чрезвычайно трудное, и остается лишь восхищаться мастерством ведущего советского иммунолога академика Р. Петрова, который сумел создать строго научные и в то же время вполне популярные «Беседы о новой иммунологии». При этом трудность состоит даже не столько в необходимости очень четкого понимания взаимодействия различных частей и органов иммунной системы, но и просто в том, чтобы не запутаться при их перечислении.
      Иммунология прошла очень долгий путь с тех времен, когда И. Мечников в начале века открыл фагоцитоз — «пожирание» болезнетворных бактерий особыми клетками крови, которые он назвал фагоцитами. Теперь биохимикам известны многие элементы крови и их разновидности, участвующие в образовании так называемого иммунного ответа: лейкоциты, макрофаги, Т-лимфоциты, В-лимфоциты... действительно, всех перечислить трудновато. Мало того, иммунология докопалась до «распределения обязанностей» между многими отдельными типами тех же лимфоцитов, и на почтенных научных собраниях начали звучать термины, взятые как будто из кровавых детективных романов.
      Судите сами: одна из разновидностей лимфоцитов, например, носит теперь вполне официальное название «киллеры», что в переводе на русский язык означает ни много ни мало «убийцы». А заодно с киллерами действуют другие клетки, «хелперы» («помощники») и множество других. И когда оратор в научном запале произносит фразу вроде: «И здесь мы воспользовались услугами натуральных киллеров...» (цитата дословная), слушателям поневоле становится как-то неуютно.
      Против кого же воюет вся эта армия киллеров, хелпе-ров и прочих лейкоцитов? В принципе ее враг — любое чужеродное вещество, попавшее в организм. Все эти перечисленные выше (а в еще большей степени — неперечис-ленные) составные части крови узнают врага и немедленно начинают производить сгустки белков — антитела, которые приходят в контакт с намеченной жертвой и пытаются уничтожить ее.
      Самое интересное здесь — - это специфичность антител: антитела, выработанные иммунной системой в ответ на, например, вирус одного типа, не пригодны для борьбы с другим вирусом (чем и объясняются успехи вирусов гриппа в многолетних столкновениях с прививками).
      Это касается не только вирусов, но даже и отдельных молекул: именно то, что со временем появляются антитела, «перехватывающие» данное лекарство, вынуждает врачей периодически менять свои назначения хрониче-ским больным. Короче говоря, организм огражден надежным барьером (иногда так и говорят: «иммунологический барьер») и активно сопротивляется любому вторжению.
      Наличие такой защиты вообще-то необходимо для нормальной жизнедеятельности организма. Она охраняет организм от инфекции, от заражения бактериями и вирусами, она же подавляет образующиеся иногда в здоровом организме раковые клетки. (Существует довольно убедительная теория, утверждающая, что рак — это не столько нарушение процессов размножения клеток, но болезнь иммунной системы, которая оказывается не в состоянии вовремя уничтожить возникающие клетки.)
      Но бывают случаи, когда иммунная защита становится обременительной. Например, всем известная аллергия: обидно пролежать всю ночь с температурой, особенно ребенку, из-за нескольких ягод клубники или взрослой девушке — из-за пристрастия к аромату цветов. Можно привести в пример и более серьезную ситуацию: отторжение искусно пересаженных хирургом органов, заменяющих неизлечимо поврежденные. Это тоже результат действия иммунной системы.
      Иными словами, было бы очень неплохо, если бы активность иммунной системы удавалось бы регулировать: когда надо — стимулировать, а когда надо — подавлять, Вещества-иммупорегуляторы на сегодняшний день применяются в клинической практике крайне редко потому попросту, что их практически не существует. Наиболее известным, хотя тоже пока очень непривычным, является препарат циклоспорин, тот самый иммунодепрессант, который дает возможность хирургам производить пересадки сердца: он как бы «снижает высоту» иммунологического барьера, и пересаженное сердце получает шанс прижиться в другом организме. (Кстати говоря, циклоспорин — тоже пептид, в последовательность которого включены «нестандартные» аминокислоты.)
      К сожалению, в этот момент в организм, воспользовавшись случаем, проникают и различные болезнетворные микробы: вспомним, что песколько первых пациентов доктора К. Барнарда умерли от заурядного воспаления легких. Значит, в идеале нужны не просто иммунорегуляторы, а такие вещества, которые действовали бы на точно определенный участок иммунной системы, но не на систему в целом. А раз так, то прежде всего следует разобраться, каким образом происходит управление деятельностью лейкоцитов, макрофагов... — словом, см. список выше — в нормальном здоровом организме.
      И вот тут-то и начался иммунопептидный бум. Первой ласточкой стало открытие пептидов, выделяемых вилочковой железой — тимусом, и особенно одного из них с красивым названием тимопоэтин. Он воздействует на определенные типы лимфоцитов, заставляя их то повышать, то снижать активность в зависимости от собственной концентрации.
      Далее, американский ученый В. Наджар, работающий в Тафтском университете в городе Бостоне, обнаружил, что один из маленьких фрагментов пептидной цепи, получающийся при процессе «поедания» белка иммуноглобулина ферментом трипсином, заставляет лейкоциты работать активнее. В. Наджар назвал новый иммунопептид тафтсином в честь своего родного университета.
      Советские исследователи, с другой стороны, показали, что из того же иммуноглобулина можно получить еще один иммунопептид, похожий на тафтсин, но не равнозначный ему (об этом пептиде мы еще вспомним в последующих главах).
      Затем В. Наджар доказал, что инъекции веществ, синтезированных на основе тафтсина, излечивают крыс от некоторых видов рака. Это было уже серьезной заявкой па практическое применение иммунопептидов.
      Параллельно развивались исследования советского ученого В. Иванова в Москве: он изучил иммунорегуляторные свойства совсем маленьких фрагментов с несколько модифицированной пептидной структурой — гликопептидов. А далее...
      А далее следует напомнить, что автор, вообще говоря, имеет свои научные и литературные интересы, которыми и намерен руководствоваться в настоящем издании. Если бы не это обстоятельство, то весь оставшийся объем книги без всякого труда можно было бы заполнить красочными описаниями происходящих буквально непрерывно открытий все новых и новых пептидов, влияющих на функционирование иммунологического барьера. Иногда создается даже такое крамольное, с точки зрения правоверного химика, впечатление, что буквально любой пептид способен воздействовать хоть на какой-либо из многочисленных элементов иммунной системы: усиливать либо ослаблять его действие.
      Ситуация, сходная с излагаемой, уже была описана, кстати, И. Ильфом и Е. Петровым в фельетоне «Равнодушие» на примере проверки работы квартирных замков в доме, подверженном частым кражам: «Кинулись проверять псевдоамериканские замки, изготовленные трудолюбивой артелью. И выяснилось. Замки открываются ие только ключом, но и головной шпилькой, перочинным ножом, пером «рондо», обыкновенным пером, зубочисткой, ногтем, спичкой, примусной иголкой, углом членского билета, запонкой от воротничка, пилкой для ногтей, ключом от будильника, яичной скорлупой и многими другими товарами ширпотреба. К вечеру установили, что если дверь просто толкнуть, то она тоже открывается».
      Одним словом, иммунопептидный бум успешно развивается. В момент, когда пишутся эти строки, он интенсивно набирает силу и, по-видимому, все еще будет продолжаться тогда, когда книга предстанет на суд читателя. Первое следствие бума можно, впрочем, сформулировать уже сегодня: вне всяких сомнений показано, что существует обширная группа пептидов-иммунорегуляторов, хотя четкие границы такой группы определить пока невозможно. Что будет завтра, сказать затруднительно, но какие бы новые открытия нас ни ожидали, конечная цель исследований в области иммунопептидов представляется вполне очевидной: использовать полученные знания для практического применения.
     
      ДЕЛА СЕРДЕЧНЫЕ
      Есть такое французское выражение «noblesse oblige» — «положение обязывает». По смыслу оно созвучно с поговоркой о том несчастном человеке, который, сказав А, вынужден теперь говорить Б: ведь существуют на свете вещи, просто обязанные быть непременно вместе (одна из героинь О. Генри приводила, помнится, такие примеры: «зеленый муслин и чайные розы, ирландцы и беспорядки»). Вот так и заголовок этого раздела прямо-таки обязывает к параллелям между сердцем как основным узлом одной из важнейших систем организма и тем, другим сердцем, которому «не хочется покоя» и которому посвящены миллионы песен, оперетт, кинокомедий и эстрадных реприз. Эти параллели тем более ожидаемы, наверное, поскольку чуть выше уже изображалось нечто подобное насчет души и тела. Однако на сей раз мы последуем примеру, преподанному поэтом Б. Слуцким в его прекрасном стихотворении, начинающемся строкой: «Сказавший А сказать не хочет Б...», и сразу перейдем к делу.
      Начнем опять-таки с цитаты — с пересказа мнения видного американского кардиолога Дж. Лара, которое датируется примерно 1975 годом. Лара говорил тогда, причем неоднократно, что сердечно-сосудистым заболеваниям в той или иной степени подвержены примерно пятьдесят процентов населения США. Из них, говорил он, лишь половина знает о своей болезни, половина от этой половины прибегает к помощи лекарств и только половина от этой последней половины применяет те лекарства, которые действительно нужны и помогают при данном конкретном заболевании.
      Если вспомнить теперь, что население США превышает 200 миллионов, а Дж. Лара известен в научных кругах как человек, вполне отвечающий за свои слова, то придется признать, что настораживающие газетные сообщения типа: «Всемирная организация здравоохранения считает сердечно-сосудистые заболевания главным врагом человечества» — оказываются, к сожалению, чистой правдой. И действительно, у каждого из нас наверняка есть не один личный знакомый, обремененный либо гипертонией, либо стенокардией, либо, не дай бог, перенесший инфаркт миокарда... Этот печальный список не хочется продолжать, но любой врач подтвердит, что он очень обширен.
      Устрашающая величина такого списка болезней объясняется многими факторами, но главные из них, по-видимому, два: сложность устройства и регулирования сердечно-сосудистой системы и жизненная важность ее нормальной работы. В самом деле, сгусток крови — гематома, образовавшаяся после неудачного попадания молотком по пальцу, грозит в худшем случае довольно мучительным процессом смены ногтя. Но тот же сгусток — тромб, появившись на внутренней стенке артерии, может в конце концов перекрыть доступ крови (а, следовательно, кислороду) к сердечной мышце и вызвать мгновенную смерть.
      Конечно, этот пример крайний, но тем не менее любые нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы связаны с потенциальной опасностью для жизни. Вот почему именно на этом направлении советская медицина развернула в последние годы, пожалуй, наиболее широкое наступление — от телевизионной пропаганды аэробики до создания мощнейшего Всесоюзного кардиологического центра под руководством академика Е. Чазова.
      Конечно, очень приятно и полезно изгибаться в такт с изящными девушками на телеэкранах. Но, к сожалению, в серьезных случаях одной аэробикой обойтись нельзя: приходится прибегать к лекарствам, регулирующим сердечно-сосудистые процессы в организме. И тут будет уместным вновь вспомнить оценку Дж. Лара: лишь одна восьмая тех, кому нужны лекарства, применяет их правильно.
      Дело здесь не только в том, что больные, начав лечиться — как в США, так и в любой другой стране, — особенно подвержены слухам о чудодейственных эффектах почти каждого вновь появившегося препарата, даже если новыми являются только название п упаковка. Главное в другом: сердечно-сосудистые заболевания, имеющие одинаковые симптомы даже при очень тщательном клиническом исследовании, зачастую совершенно различны по своему биохимическому происхождению. А ведь применение лекарства — это изменение биохимического «фона» в организме и, следовательно, воздействие на глубинные причины болезни. А если причин, вызывающих данный симптом, несколько?
      В этом отношении классическим примером является гипертония, или, как принято говорить у биохимиков, гипертензия, хроническое повышение давления крови. Один из механизмов ее возникновения уже был вкратце упомянут: вырвавшийся из почечных клеток фермент ренин «освобождал» из белка-предшественника пептид проангиотензин, а тот под воздействием ангиотензин-пре-вращающего фермента становился пептидным биорегулятором ангиотензином.
      Описанная разновидность гипертензии называется ренальной (почечной) гипертензией, и, если говорить честно, описана лишь потому, что о молекулярных механизмах ее возпикновепия пам известно куда больше, чем в случае любого другого вида гипертонии. Но репа льны м «сортом» болезни страдает лишь около двадцати процентов от общего числа гипертоников, а для остальных причины повышения давления, вообще говоря, неясны, хоть и интенсивно исследуются.
      Так, например, уже хорошо известно, что тот же ан-гиотензии-превращающий фермент, помимо «изготовления» ангиотензина, повышающего давление, занимается уничтожением другого пептида, брадикинина, который, наоборот, давление понижает. От каких-либо изменений в почках этот процесс вроде бы не зависит; следовательно, результирующее повышение давления из-за снижения концентрации брадикинина уже нельзя считать проявлением ренальной гипертензии.
      Или еще: наиболее «популярной» гипертензией считается ее так называемая эссенциальнаи разновидность, происхождение которой оставалось совершенно неясным вплоть до последнего времени, когда удалось связать эс-сеициальпую гипертензию с наличием определенного вещества (естественно пептидного характера), возникающего, по-видимому, непосредственно в сердечной мышце.
      На этом можно, пожалуй, оставить «гипертоническую» тему, поскольку слегка замаскированные намерения автора теперь, наверное, уже стали явными. Да, действительно, хотелось бы, чтобы был замечен именно тот факт, что и в работе сердечно-сосудистой системы дело не обходится без пептидов. Правда, пока упомянуты были лишь ангиотензин и брадикинин, но это далеко не единственные пептиды, регулирующие давление крови и оказывающие действие на сосуды, — тот же вазопрессин, например, вызывает сходные эффекты. Следует учесть еще, что брадикинин, скажем, способен также стимулировать замедление сердечпого ритма («бради» — приставка со смыслом «медленно»), а в то же время целая группа пептидов, названных тахикининами, имеет обратное действие. Словом, роль пептидов в регулировании сердечнососудистой деятельности, как всегда, трудно переоценить.
      Иногда класс пептидов, о котором идет речь, выделяют в особые «вазоактивные» (от латинского vas — сосуд) пептиды, иногда нет, но суть дела от этого не меняется. А состоит она опять-таки все в том же: если хорошо знать принципы регуляции той или иной системы организма с помощью пептидов, то можно попытаться придумать лекарственные средства, действующие не вообще на организм, а в более или менее точно определенном месте. Например, при ренальной гипертензии хорошо бы уменьшить концентрацию ренина в крови или попытаться как-нибудь затормозить его деятельность: в результате меньше станет образовываться проангиотензина, как следствие — меньше ангиотензина и, наконец, произойдет понижение давления. Или можно «приостановить».работу ангиотензин-превращающего фермента — с тем же конечным результатом. Или еще один способ — помешать непосредственному действию самого ангиотензина на сосуды и надпочечники. Или... но и так уже понятно, что тезис, сформулированный в начале абзаца, оказывается вполне разумным.
      Остановка за малым: как сконструировать вещества, способные эффективно удовлетворять перечисленным возможностям, и что это за вещества должны быть. Ответ на вопрос «что?» в рамках данной книги очевиден: конечно же, пептиды, а вот универсального ответа на вопрос «как?» ожидать не приходится; одна из возможных версий будет изложена в последующих главах.
     
      Глава 3. ПЕПТИДНЫЕ АНАЛОГИИ
     
      Выдающийся бразильский архитектор О. Нимейср построил на своем веку немало здапий, навсегда вошедших в историю мирового зодчества: достаточно вспомнить
      комплекс правительственных дворцов в суперсовременной столице — городе Бразилиа. Однако многие проекты О. Нимейера так и остались неосуществленными, и среди них — музей современного искусства в Каракасе (Венесуэла). Проект очень прост — постройка должна была по общему облику представлять собой почти точную копию египетских пирамид, — по в то же время действовать на зрителя ошеломляюще, поскольку пирамиду музея, по замыслу архитектора, следовало установить не на основании, а, наоборот, на вершине, использовав квадратную крышу (бывшее основание) как смотровую площадку для обозрения окрестностей города, с чего и должно было начинаться посещение музея.
      Для архитектуры идея О. Нимейера весьма необычна: ясно, что она могла возникнуть только в наши дни, когда появление принципиально новых конструкционных материалов делает возможным ее воплощение. В то же время в научной и околонаучной литературе прием постепенного сужения кругозора читателя (или, если хотите, постепенного сосредоточения его внимания) применяется издавна: вначале описываются проблемы общего характера и место обсуждаемых вопросов в картине современных научных представлений, а уже потом начинается все большая детализация этих вопросов.
      Примерно так же построена и наша книга: вначале мы попытались представить себе организм как биохимическую систему, очень сложную, но четко регулируемую и контролируемую на всех ее уровнях с помощью собственных природных биорегуляторов. С этой точки зрения болезнь — предположили мы далее — связана с нарушением регуляции этой системы, а, стало быть, ее лечение должно включать в себя восстановление нормальных механизмов регуляции.
      Лучше всего это смогли бы сделать сами природные биорегуляторы, поскольку «обычные» лекарства выполняют подобные обязанности хоть и старательно, но не очень эффективно. Особый наш интерес вызвали пептидные биорегуляторы, которые, как оказалось, действительно участвуют чуть ли не во всех основных жизненных процессах. И осталось сделать, по существу, один-един-ственный завершающий логический шаг — рассказать о конструировании, получении и применении пептидных лекарственных препаратов.
      Увы, по состоянию на сегодня этот один-единствен-ный шаг может быть описан как завершенный лишь в рамках беллетристики, для которой позволителен и, более того, необходим чистый вымысел. Но для научно-художественной прозы, как официально называется наш разряд изящной словесности, это немыслимо — мы обязаны по возможности не уклоняться от реального пути развития науки и уж, во всяком случае, не забегать вперед, выдавая желаемое за действительное. Ибо легко сказать: получить и применить пептидные препараты; легко даже записать эту формулировку в планы научных институтов и производственных объединений, а вот реально осуществить все это чрезвычайно трудно, и тот факт, что удается сделать хоть что-то, уже сам по себе свидетельствует об удивительном искусстве современной нам пептидной науки и технологии.
     
      ЖИВОЙ ПЕПТИД В ПРОБИРКЕ
      Итак, со стороны все выглядит просто: известно, скажем, что энкефалин — хорошее обезболивающее средство. Известно также, что энкефалин — пентапептид с аминокислотной последовательностью YGGFL или YGGFM. Казалось бы, чего проще: берем этот пептид и, если надо, применяем как безопасное лекарство вместо нежелательного морфина.
      Возникает, однако, вполне законный вопрос: а откуда, собственно, мы берем нужный нам энкефалин?
      На первый взгляд ответ не должен вызывать затруднений: как известно, эпкефалин был впервые получен из мозга животных, н этот же источник вполне может служить нам и впредь. Остается отправиться на ближайший мясокомбинат, договориться о поставке сырья — например, мозга овец — на оборудованный подходящим образом завод медпрепаратов, и искомое лекарственное средство готово. Кстати, точно так же производится инсулин: это лекарство, спасающее тысячи больных сахарным диабетом, начинает свой путь к аптеке с бойни.
      И тем не менее в случае энкефалина, а также очень многих других биорегуляторов описанный способ получения никак не может быть рекомендован в качестве-промышленного. Беда как раз в той малости физиологических концентраций, которая является достоинством энкефалина как биорегулятора; общее количество пептида этого сорта (и многих других) в организме очень невелико — не более десятых, а то и сотых миллиграмма. Кроме того, отнюдь не всякий завод Минмедмикробиопрома СССР сможет выделить из исходного сырья химически чистый пептид, то есть повторить в промышленных масштабах процесс, доступный пока лишь очень немногим научным лабораториям.
      Здесь стоит припомнить одну поучительную в некоторых отношениях историю. Американский ученый Э. Шэлли, получивший, как упоминалось, Нобелевскую премию, родом из Польши — он был вывезен оттуда ребенком после начала второй мировой войпы. Вполне естественно, что польская пресса широко комментировала решение Нобелевского комитета, причем были газеты, которые сравнивали достижения Э. Шэлли с состоянием польской биохимии и сетовали на то, что эндорфины были обнаружены впервые хоть и поляком, но не в Польше. Однако другие газеты, ссылаясь на мнение специалистов, резонно замечали, что дело, оказывается, вовсе не в уровне отечественной биохимии: несложный подсчет показывает, что для выделения эндорфинов в коли чествах, достаточных для детального исследования, в стране попросту не хватпт овец... (автор разделяет чувства читателей: в существование подобной аргументации действительно трудно поверить, но делать нечего — все это было написано на самом деле и абсолютно всерьез.
      Короче говоря, рассчитывать на извлечение достаточных количеств чистых пептидных препаратов из животного сырья — как извлекается множество полезных соединений из сырья растительного — в большинстве случаев было бы довольно легкомысленно. К тому же многие пептидные биорегуляторы, даже у высших млекопитающих, не вполне идентичны по аминокислотным последовательностям пептидам человека, выполняющим те же функции: свиной инсулин, например, несколько отличен от человеческого.
      Вот почему не остается ничего другого, как получать нужные аминокислотные последовательности пептидов искусственно — с помощью методов химического синтеза пептидов.
      Для потребителя лекарства безразлично, конечно, каким способом оно будет получено, но книга о драг-ди-зайне пептидных биорегуляторов не может обойтись без рассказа об основах пептидного синтеза, тем более что этот подход не только обусловил собой само существование такого дизайна, но и наложил неизгладимый отпечаток на его идеологию.
      Предупредим сразу: поскольку автор ие является химиком, речь может идти лишь о самых общих, причем отрывочных сведениях о принципах пептидного синтеза. По счастью, существует очень хорошая книга советских ученых В. Иванова и А. Шамина «Путь к синтезу белка», где те же проблемы изложены гораздо более квалифицированно, тщательно и интересно. Поэтому тем из читателей, кого привлекает взгляд на пептидную химию «изнутри», рекомендуется обратиться к упомянутой книге; в то же время написанное на нижеследующих страницах по необходимости представляет собой впечатление о синтезе пептидов наблюдателя хоть и заинтересованного, но постороннего.
      На такого постороннего наблюдателя вид обычной химической лаборатории, где занимаются синтезом пептидов, не производит особо грандиозное впечатление. Не зажигается внушительное табло с надписью «Идет эксперимент», не рявкает неожиданно сирена, предупреждающая о смертельной опасности, и даже скромные разноцветные лампочки мигают на лабораторных приборах с
      интенсивностью, явно недостаточной для дежурного телефильма о самоотверженных ученых. Все происходит куда более буднично: кипят и перемешиваются жидкости в колбах и пробирках, бесцветный, невидимый пар улавливается и конденсируется в стеклянных змеевиках-холодильниках, изредка прозвенит таймер, напоминая о том, что пора добавить в колбу новую порцию вещества...
      Одним словом, чье-то меткое сравнение органической химии с поварским искусством может только подтвердиться на примере синтеза пептидов, тем более что в жаргон самих химиков-синтетиков прочно вошло словосочетание «сварить пептид». Но между тем в этих малопрезентабельных пробирках и колбочках идут сложнейшие химические процессы, для управления которыми от синтетика требуется не только та самая «частичка души», как от настоящего повара, но и немалая толика ума, терпения и даже бесстрашия: ведь многие из веществ, необходимых для пептидного синтеза, ядовиты. В том, что без этих качеств синтетику не обойтись, убеждает уже самое поверхностное знакомство с простейшими схемами пептидного синтеза.
      Наиболее элементарным случаем будет, по-видимому, соединение двух аминокислот в двучленную аминокислотную последовательность — дипептид. Допустим, мы хотим получить дипептид типа R1R2, то есть химическое соединение с формулой вида:
      При этом если атомное строение боковых цепей Ri и R2 само по себе включает амино- или карбоксильные группы, то число получившихся соединений еще возрастет, поскольку наш гипотетический реагент будет объединять все такие группы в пары без разбора и нужная молекула R1R2 затеряется среди многих других.
      Значит, вот так, без хлопот, не удается получить даже простой дипептид. Поэтому приходится избирательно модифицировать (химики говорят «защищать») некоторые из реагирующих групп и проводить реакцию синтеза в несколько этапов: вначале получать «защищенные» аминокислоты A — Ri(H) — СООН и NH2 — R2(H) — В, где А и В — модифицированные амино- и карбоксильная группы, затем с помощью нужного реагента соединить незащищенные группы: A — Ri (Н) — COOH-I-N2H — R2(H) — — В А — Ri(H) — CONH — R2(H) — В, а потом еще и подобрать другой реагент, такой, чтобы под его воздействием группировки А и В снова превратились в незащищенные функциональные группы, но чтобы образовавшаяся пептидная связь при этом не развалилась вновь: A-Ri(H)-CONH-R2(H)-B NH2-Ri(H) — --CONH-R2 (Н) -СООН.
      Если учесть теперь, что аминокислот, как уже отмечалось, двадцать, а групп, подлежащих защите при синтезе, не менее десятка, причем каждая требует своей индивидуальной модификации в зависимости от сложившейся ситуации; что группы, которые должны реагировать друг с другом, далеко не всегда хотят это делать и их приходятся специальным образом активировать, заставлять вступать в реакцию, и тоже с особым подходом к каждой группе и каждой ситуации; что, наконец, освобождение синтезированного «защищенного» пептида от висящих на нем защитных группировок также нужно проводить по-разному с учетом состава набора этих группировок, — тогда, быть может, читатель согласится, что сравнение химика, ведущего пептидный синтез, с гроссмейстером, разыгрывающим ответственную партию с серьезным противником и вынужденным просматривать
      варианты на десятки ходов вперед, вовсе не будет гиперболой.
      Причем такое лестное сравнепие правомерно для пептидных химиков даже сейчас, когда уже тщательно изучены многие удобные для пептидного синтеза реагенты, защитные группы, условия реакций с участием различных аминокислот и тому подобное. А что же говорить о тех гигантах, которые воздвигли к продолжают строить небоскреб химии пептидов: от пемецкогр химика Э. Фишера, первым предположившего и показавшего, что белки и пептиды состоят из аминокислот (второй в истории химии нобелевский лауреат — 1902 год), к швейцарскому ученому В. Дю Виньо, осуществившему первый синтез девятичленного пептида окситоцина (Нобелевская премия 1955 года), и нашему современнику- американскому синтетику Б. Меррифилду, предложившему революционное усовершенствование — так называемый твердофазный синтез пептидов (Нобелевская премия 1984 года). Здесь названы только трое, но за восемь десятилетий существования и развития химии белков и пептидов на ее небосклоне сияло и продолжает сиять несколько десятков ярких созвездий по-настоящему выдающихся ученых, в том числе — что особенно отрадно — ив нашей стране.
      Успехи современного пептидного синтеза хорошо иллюстрируются простым перечислением размеров биологически активных соединений, полученных химиками, начиная с 1951 года, когда был синтезирован трипептид глу-татион с широким спектром биологического действия. В 1957 году синтезирован ангиотензин — цепочка из восьми аминокислот, в 1958-м — меланотропины, вещества, изменяющие пигментацию кожного покрова у земноводных: 13-членный альфа- и 18-членный бета-меланотро-пин. В 1960 году появился уже известный нам нонапеп-тид брадикинин, а в 1962 году — эледоизин, 11-членный пептид из ряда тахикининов, а в 1964 году — гастрин, пептид, влияющий на кислотность желудка и состоящий из 17 аминокислот. Все это были линейные пептиды; по параллельно шли синтезы и циклических соединений — пептидов-антибиотиков грамицидина (1956 год), актино-мицина (1960 год), энниатинов и валиномицина (1963 год).
      Однако настоящая гонка за длиной синтезируемой в лабораториях аминокислотной последовательности началась в середине шестидесятых годов, не без влияния методов твердофазного синтеза Б. Меррифилда. В 1963 году в Швейцарии был получен пептид из 39 аминокислот — кортикотропии свиньи, гормон, управляющий выделением стероидов из коры надпочечников. В 1965 году группа химиков КНР впервые осуществила давнюю мечту исследователей — синтез химически чистого инсулина (51-звенная двухцепочная молекула). 1968 год был ознаменован синтезом пептидного гормона человека каль-цитонина, проведенным в Швейцарии (32 аминокислоты), и еще одного 33-членного пептида (фрагмент про-иисулииа, ФРГ). А уже в следующем году две группы американских химиков объявили о независимых рекордных достижениях: о получении полной последовательности белка рибонуклеазы А (124 аминокислоты) и почти полной последовательности рибонуклеазы S — 104 звена.
      На этом этапе оказалось, впрочем, что существующие методы проверки того, насколько точно синтезированная аминокислотная последовательность воспроизводит природное строение столь длинной цепочки, не в состоянии стопроцентно гарантировать совпадение результатов природного и химического синтезов, особенно если учитывать, что, например, синтетической рибонуклеазы А было получено всего несколько десятков миллиграммов. Так, в частности, синтетический препарат обладал 70 — 80 процентами активности природного белка, но в принципе было вполне вероятно, что этот уровень активности обусловлен не «правильной» последовательностью, а несколько искаженными, побочными продуктами синтеза (например, цепочками с пропуском одной или нескольких аминокислот).
      Поэтому в следующее десятилетие, в семидесятые годы, усилия пептидных химиков были сосредоточены в первую очередь на разработке таких методов синтеза и разделения его продуктов, которые обеспечивали бы абсолютную химическую чистоту и полную биологическую активность синтезируемых пептидов. И действительно,за это время несколько десятков природных пептидных биорегуляторов с длиной цепи от 30 до примерно 60 звеньев были воспроизведены со строгим соблюдением сформулированных требований. Этот процесс продолжается и сейчас: в качестве одного из самых последних примеров упомянем синтез 61-членного нейротоксина из яда азиатской змеи Naja naja oxiana, завершенный под руководством В. Иванова в Институте биоорганической химии имени М. М. Шемякина АН СССР в 1982 году.
      И тем не менее «гонка за длиной» постепенно идет на убыль. Дело в том, что химический синтез пептидов в общем-то уже продемонстрировал свои возможности, и весьма эффектно: шутка сказать, еще в 1969 году в строго определенную последовательность удалось выстроить 124 аминокислотных остатка. Для этого понадобилось провести 369 химических реакций и еще 1131 вспомогательную операцию; а ведь обычный, не пептидный органический синтез имеет дело с цифрами, меньшими раз в сто.
      Но коль скоро в принципиальных способностях синтеза пептидов воспроизводить длинные — на уровне белков — аминокислотные цепи теперь уже сомневаться не приходится, сам по себе синтез постепенно превращается из научной проблемы в проблему технологическую, что вызывает заметное охлаждение энтузиазма химиков. В самом деле, ведь цель химика — получение нового вещества, и с этой точки зрения разницы между пятью миллиграммами и десятью граммами нет никакой. Да и добавлять в молекулу все новые и новые блоки с помощью уже известных методов тоже неинтересно. Интересно другое: провести синтез пептида при каком-нибудь необычном сочетании аминокислот в цепи, придумать новую, более удобную защитную группу, применить новый эффективный реагент...
      Но для этого вовсе не обязательно нанизывать друг на друга сотни аминокислотных остатков, вполне достаточно десятка-другого. И к тому же за восемьдесят лет арсенал как защитных групп, так и реагентов для синтеза укомплектован весьма основательно, и предложить что-то действительно новое и, главное, превзойти своих предшественников очень непросто. Вот и получается, что на основных пептидных мировых форумах — европейских п американских пептидных симпозиумах, а также на Всесоюзном симпозиуме по химии пептидов и белков все реже и реже звучат сообщения о синтезах длинных пептидных цепей, да и вообще о методах химического синтеза пептидов.
      (Говоря откровенно, есть еще одна причина охлаждения химиков к продолжению погони за длиной пептидной цепи: появление методов микробиологического синтеза пептидов и белков. Дело в том, что самую вульгарную бактерию — кишечную палочку — генные инженеры уже сейчас научили синтезировать, например, интерферон, белок длиной более чем в полторы сотни аминокислотных остатков с точностью и чистотой куда большей, чем при химическом синтезе. А обидно, знаете ли, уступать первенство какому-то там микроорганизму.)
      Одним словом, сегодня наиболее важно не то, как химики синтезируют пептиды, и даже не то, какие это пептиды, а то, зачем они это делают, что за проблемы можно решить с помощью конечного результата их работы. Кстати говоря, подобный взгляд на пептидную химию существовал еще во времена Э. Фишера. Тогда умы ученых занимала весьма широкая мировоззренческая проблема: можно ли воссоздать «живое» вещество, получив белок искусственным путем.
      Это сейчас мы твердо знаем, что никаких «живых» веществ нет: молекулы, идентичные по химическому строению, идентичны и в смысле их биологического действия независимо от способа получения — в клетке или в пробирке. А сто лет назад было ясно лишь, что любые проявления жизни непременно связаны с белковым веществом (вспомним знамени!ую формулировку Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел»), и казалось, что искусственное воспроизведение белка будет означать возникновение «жизни в пробирке». Эту точку зрения наиболее образно выразил, пожалуй, крупнейший немецкий естествоиспытатель конца XIX века Э. Геккель, сказав: «Когда вы, химики, создадите истинный белок, то он закопошится!»
      Что ж, химики создали «истинные» белковые и пептидные молекулы, и они действительно «закопошились», проявили биологические свойства — ив первую очередь как биорегуляторы. Более того, пептидный синтез цепочек размером где-то около тридцати звеньев доведен к настоящему времени до уровня технологической задачи. А это означает, что техническая проблема получения в чистом виде большинства известных пептидных биорегуляторов в принципе решена — их источником может служить пептидный синтез, который в совокупности без преувеличения заслуживает названия одного из самых крупных достижений органической химии нашего столетия.
     
      «БЛЕСК И НИЩЕТА» ПЕПТИДНЫХ БИОРЕГУЛЯТОРОВ
      Однажды встав на путь прославления замечательных свойств пептидных биорегуляторов, мы, как водится, не можем далее сойти с него и продолжаем восхищаться пептидами теперь уже как потенциальными лекарственными средствами. А между тем еще французский философ Р. Декарт сформулировал принцип «Подвергай все сомнению», который последующие поколения модифицировали до тех пор, пока не превратили в афоризм, незримо присутствующий на дверях многих административных кабинетов: «Здоровое недоверие — прекрасная основа для совместной работы». Иными словами, давайте еще раз попробуем разобраться, каковы же в действительности качества пептидных биорегуляторов.
      Помнится, в самой первой главе уже перечислялись достоинства, общие для всех природных биорегуляторов организма: способность вызывать биологический эффект при весьма низких физиологических концентрациях, высокая специфичность действия, нетоксичность продуктов метаболизма. И надо признать, что по каждому из упомянутых свойств пептидные биорегуляторы, безусловно, оказываются вне всякой конкуренции. Так, нормальные концентрации большинства природных биорегуляторов выражаются цифрами порядка миллионных долей грамма на килограмм веса тела, но в случае пептидных биорегуляторов речь должна идти о миллиардных долях грамма, то есть о снижении эффективных концентраций в тысячу раз.
      В отношении высокой специфичности действия лидерство пептидных биорегуляторов проявляется еще более заметно. К сожалению, для характеристики уровня этого свойства числовые оценки малопригодны, а сложные и запутанные биохимические схемы, из которых преимущества пептидных биорегуляторов стали бы очевидны, совершенно неуместны в настоящем издании. Поэтому читателю придется поверить нам на слово: если в сравнении с обычными лекарствами природные биорегуляторы в целом по умению точно выбрать место действия напоминают чемпионов мира по спортивной стрельбе в окружении новичков, впервые попавших в тир, то фантастическую специфичность пептидных молекул можно сравнить лишь с невероятными стрелковыми успехами известных охотников барона Мюнхгаузена и Кожаного Чулка.
      Да и то названные литературные персонажи вряд ли смогли бы привозить с каждой охоты не просто дичь, а, скажем, именно эту утку из тысяч живущих на озере. До такой изобретательности степень фантазии их создателей — Э. Распе и Ф. Купера — никогда не поднималась. А вот пептиды, как было видно хотя бы из предыдущей главы, без всякого труда отыскивают намеченную цель среди множества биологических молекул клетки, причем эти «снаряды» являются самонаводящимися.
      И, наконец, продукты распада пептидов действительно совершенно нетоксичны: как правило, пептиды распадаются под действием ферментов-пептидаз вначале на блоки, а затем на отдельные аминокислоты, которые клетка тут же использует как строительный материал для новых белков и пептидов. Так что и здесь пептиды уверенно удерживают первенство за собой. Но недаром говорится, что недостатки есть не что иное, как продолжение достоинств: именно отношения пептидов с ферментами, гарантирующие безопасность продуктов распада, и являются губительными для природных пептидов как потенциальных лекарственных препаратов.
      На этом месте позволим себе отвлечься, чтобы рассказать леденящую душу загадочно-детективную историю, придуманную будто специально для иллюстрации к нашему довольно-таки сухому изложению. Итак, холодной зимней ночью, когда неистовая метель завывала в глухих городских переулках (а может быть, наоборот, ясным июльским утром под щебетанье пташек на аккуратно подстриженной зеленой лужайке перед домом), врач, срочно вызванный к госпоже N., констатировал ее скоропостижную кончину. (Как видите, труп появляется сразу, как и положено в приличном детективе.)
      Исследование внутренних оргапов покойной дало основание заподозрить в качестве возможной причины смерти гипогликемическнй шок — резкое внезапное падение в крови уровня концентрации сахара, необходимого для нормальпого функционирования организма. Теоретически такой шок может случиться и самопроизвольно, но состояние здоровья госпожи N. прп жизни делало это предположение маловероятным.
      Бдительный полицейский инспектор, расследующий дело, потребовал поэтому проведения тщательной экспертизы на предмет поисков того вещества (или хотя бы его «обломков»), которое насильственно могло бы нарушить процессы регуляции организма госпожи N. и привести к столь печальному исходу — тем более, что на примете у инспектора уже были люди из ближайшего окружения госпожи N., для которых такой исход оказался бы крайне желателен.
      Но результаты всех доступных криминалистам анализов на известные яды были отрицательными, несмотря на то, что анализы были сделаны очень быстро: через сутки-двое после момента наступления смерти. И следствие окончательно зашло бы в тупик (что тоже неизбежно в приличном детективе), если бы полицейским криминалистам не посчастливилось догадаться о совершенно очевидном для биохимиков и эндокринологов обстоятельстве: уровень концентрации сахара в организме контролируется с помощью пептидного гормона инсулина, благодаря чему тот и представляет собой средство для лечения сахарного диабета — хронического превышения нормальной концентрации сахара.
      Следовательно, наиболее простой и логичный способ вызвать у человека смертельно опасный гипогликемиче-ский шок — это ввести ему побольше инсулина, причем, что особенно характерно для пептидов, уже через несколько часов после введения ферменты успевают разрезать молекулу инсулина на совершенно неопознаваемые части, и никаких следов, указывающих на этот гормон, в крови не останется.
      Тут патологоанатомы снова начали осматривать тело, и действительно в одном месте был обнаружен след укола и крошечное вздутие кожи вокруг него. Именно на этом месте — в тканях, а не в крови — был обнаружен в очень незначительных концентрациях введенный госпоже N. инсулин, причем если бы такой анализ был проведен двумя днями позже, то найти инсулин не удалось бы даже в месте введения.
      Ну а далее все было уже просто: инспектор полиции выяснил, кто из близких госпожи N. располагал в последнее время необычно большими запасами инсулина, и торжественно арестовал убийцу, под давлением улик сознавшегося во всем.
      Изложенная история действительно произошла в 1957 году в Англии и подробно описана западногерманским юристом 10. Торвальдом в интересной книге «Сто лет криминалистики», где она приведена в качестве примера того, насколько сложные задачи приходится решать не вымышлепным героям детективных романов, а реальной уголовной полиции. И тем не менее она все-таки кажется сконструированной нарочно для того, чтобы обратить особое внимание наших читателей на следующий знаменательный факт: уже через несколько часов после внутримышечного введения пептида обнаружить его в крови невозможно, он полностью исчезает под действием ферментов.
      Такой исход, совершенно естественный для любого пептида в организме, вообще говоря, весьма желателен для лекарственного препарата. Однако наступает он, к сожалению, чересчур быстро: если помните, жизненный цикл нашего знакомого — ангиотензина — завершается, например, за несколько секунд. Но лекарство, действие которого будет очень кратковременным, никогда не сможет получить широкое распространение. Здесь-то и кроется первое препятствие применению пептидов как лекарственных средств: как ни странно, природные пептиды оказываются чересчур хороши, чтобы их использовать.
      Тем не менее пептиды уже широко используют в медицинской практике: инъекции инсулина вынуждены регулярно делать тысячи диабетиков, и несмотря на то, что концентрацию вводимого вещества приходится очень сильно завышать по сравнению с физиологической, иначе до места действия дойдет недостаточное количество инсулина, уже трудно представить себе современную терапию без инсулина. Но как раз эта регулярность инъекций и порождает еще одно возражение против лекарств пептидного происхождения.
      Впрочем, не только пептидного — возражение относится к использованию природных биорегуляторов вообще. Логика этого возражения примерно такая: допустим, причина заболевания — нехватка в организме вещества А, выделение которого стимулируется биорегулятором Б. Добавим биорегулятор Б извне в качестве лекарства: теперь вещество А начнет выделяться более активно, и причина болезни будет устранена.
      Но в то же время общее количество биорегулятора Б в организме станет больше нормы, и тогда придет в действие система, следящая за уровнем концентрации вещества Б — ведь в организме все взаимосвязано. Значит, молекулы биорегулятора Б будут уничтожаться более интенсивно, чем прежде, и, когда прием Б как лекарства будет прекращен в связи с ликвидацией основной болезни, возникнет побочное заболевание — дефицит биорегулятора Б, из-за чего снова вернется недуг, связанный с нехваткой вещества А, снова придется добавлять в качестве лекарства биорегулятор Б и так далее.
      В результате порочный круг накрепко замкнется, и организм уже не сможет больше обходиться без постоянного введения вещества Б, поскольку собственная система его производства может оказаться в конце концов полностью подавленной. Пример с инсулином вроде бы подтверждает нарисованную выше печальную картину: как правило, начав делать инъекции, пациент уже не в состоянии их прекратить. Да и побочные явления регулярного приема гормональных препаратов из ряда стероидов, скажем прямо, не прибавляют оптимизма.
      Что ж, подобные рассуждения вполне закономерны и, к сожалению, зачастую оправдываются на деле. Но действительно ли они достаточно весомы как аргументы против лекарств на основе природных биорегуляторов? Напомним прежде всего, что действие «обычных» лекарств также укладывается в приведенную схему, поскольку, как мы уже договорились, эти лекарства в определенном смысле имитируют действие природных веществ организма — с той только разницей, что их эффект малоспецифичен и пораженными оказываются сразу многие биохимические системы. Естественно, и последствия бывают весьма серьезными — вплоть до так называемых «лекарственных отравлений», возникающих в ходе лечения и ничего общего не имеющих с намеренными отравлениями с помощью лекарств.
      Далее, ряд болезней (например, уже упоминавшиеся заболевания желез внутренней секреции) обусловлен непосредственно недостатком тех или иных биорегуляторов и иначе, как введением их в качестве лекарств, с этими болезнями не справиться.
      И, наконец, не надо забывать, что организм, будучи сложной совокупностью биохимических механизмов, не представляет собой нечто застывшее, а, напротив, находится в состоянии динамического равновесия, когда все параметры, в том числе и величины концентраций биорегуляторов, непрерывно колеблются вокруг значений, соответствующих физиологической норме. И если непрерывно вести контроль величин этих параметров (а такого рода экспресс-анализ уже под силу современной биохимии, подкрепленной достижениями микроэлектроники) и в соответствии с ними непрерывно дозировать лекарство-биорегулятор, постоянно поддерживая его уровень вблизи нормального, — тогда порочный круг, описанный страницей выше, будет разорван и применение природных биорегуляторов станет безопасным.
      Такая процедура самоконтролируемого введения лекарств технически осуществима, и в научной литературе уже появляются первые сообщения о внедрении ее в мировую клиническую практику. Конечно, может потребоваться еще немало времени и особенно средств, чтобы все это стало общепринятым и общедоступным, но ведь и тот тип лекарств, которые мы обсуждаем, рассчитан в основном на будущее...
      Последний тип антипептидных высказываний — возражения экономического характера. (Последний в том смысле, что прочие высказываемые возражения мы отметем все целиком и обсуждать не будем: они и вправду не очень существенны.) Дело в том, что синтетические пептиды, которые должны, по идее, составить основу для появления пептидных лекарств, сравнительно с другими лекарствами отнюдь не дешевы. Напротив, учитывая дороговизну исходного сырья — аминокислот, реагентов, заведомо низкий процентный выход конечного продукта (из-за непомерно большого числа стадий химических реакций), а также потребность в весьма квалифицирб-ванных рабочих руках, остается лишь удивляться, что, например, десять миллиграммов ангиотензина продавались американской фирмой «Сигма» в 1985 году всего за 49 долларов 50 центов.
      И тем не менее не будем лицемерно восклицать, что как, дескать, можно думать об экономии, когда речь идет о здоровье человека, а посмотрим правде в глаза: пептидные препараты — действительно дорогое удовольствие. И все же, если бы можно было рассчитать такую величину, как уровень эффективности лекарства на рубль затрат по его производству, пептиды вновь оказались бы среди лидеров. К тому же эту проблему, лежащую вроде бы сугубо в области ценообразования, интересно рассмотреть с другой стороны: если пептид слишком дорог (а его стоимость резко возрастает, например, с ростом числа аминокислот, включаемых в пептидную цепь), то нельзя ли понизить цену на него за счет, скажем, уменьшения общего количества аминокислот, но, естественно, так, чтобы лекарственные качества пептида не пострадали?
      А это уже задача вполне научная, и глубоко заблуждаются те деятели от науки, которые высокомерно игнорируют проблемы производства и экономики: на самом деле не только наука, как принято считать, стимулирует развитие этих областей человеческой деятельности, но подчас и наоборот.
      Таким образом, мы в конце концов перешли от пока еще несколько абстрактных биологических свойств пептидных биорегуляторов к совершенно конкретным требованиям, которым должны удовлетворять пептидные лекарственные средства: аналогичным, в сущности, качествам должны отвечать и другие фармакологические препараты. Итак, желательно, чтобы пептидный препарат обладал высокой специфичностью биологического эффекта (что вполне по силам природному пептиду), оставался нетоксичным в процессе метаболизма (что также характерно для природного пептида) и в то же время был достаточно устойчивым к действию пептидаз (а вот это для природного пептида практически невозможно).
      Последнее требование важно не только потому, что его выполнение позволило бы существенно уменьшить вводимые дозы лекарства, но и из-за возможности подобрать удобный способ введения. Ведь хищники-пептидазы подстерегают пептидный препарат повсюду, начиная от желудочно-кишечного тракта до гематоэнцефаличе-ского барьера — системы ферментов, предохраняющих мозг от проникновения нежелательных веществ. И следовательно, чем короче путь от места введения до места действия, тем эффективнее окажется лекарство (недаром в условиях стационарной терапии лекарственные средства зачастую вводятся непосредственно в органы-мишени или хотя бы в вену).
      Но в то же время пациенту совсем не безразлично, будут ли ему делать укол прямо в сердечную мышцу,
      ставить капельницу или предложат просто проглотить таблетку — разумеется, последнее предпочтительнее. А между тем природных пептидов, способных выдержать натиск ферментов пищеварительной системы и добраться нетронутыми к месту действия, например к коре надпочечников, не существует и соответственно подобные пептидные препараты также не существуют. И, кроме всего прочего, надо бы, чтобы потенциальный пептидный препарат был не слишком дорогим в производстве да к тому же еще и достаточно технологичным (это — особая проблема).
      Одним словом, похоже на то, что природный пептидный биорегулятор никогда не сможет стать лекарством — слишком разноречивые качества, подчас прямо противоречащие друг другу, требуются для этого. Однако можно попытаться реализовать следующий подход к конструированию пептидного лекарственного средства: берется природный пептидный биорегулятор, обладающий требуемым биологическим эффектом, и его молекула модифицируется (по возможности незначительно) с тем, чтобы ее физиологическое действие сохранилось при условии добавления новых полезных свойств, среди которых защита от нападений пептидаз, удобство и простота синтеза и тому подобное. То есть шанс стать настоящими, пригодными для практики пептидными лекарствами имеют не столько сами пептидные биорегуляторы, сколько их аналоги — вещества, очень близко имитирующие природные, но все же нетождественные им.
      А теперь давайте вновь вспомним старую французскую притчу.о веселом актере, подражавшем визгу поросят лучше, чем настоящий поросенок, и удивимся сходству законов искусства и науки: умелая имитация оказывается в конечном счете удачнее, чем точное, но бездумное копирование.
     
      ПРОБЛЕМЫ ФАЛЬСИФИКАЦИИ МОЛЕКУЛ
      Вообще говоря, благородное искусство имитации имеет долгую, но, увы, не всегда славную историю. Виною тому не само искусство, а, как это всегда бывает, практические его применения. Мастерство художника, например, высоко ценится людьми, но нет конца историям о подделках банковских билетов и прочих ценных бумаг различными авантюристами, начиная от средневековых
      владетельных сеньоров до героев популярного телесериала «Следствие ведут Знатоки». Да и прочие, менее возвышенные способы фальсификации все-таки редко вызывают восторг: вспомните хотя бы фальшивого зайца из вегетарианской столовой «Не укради», чуть было не разрушившего семейное счастье Лизы Калачовой, скромной эпизодической героини И. Ильфа и Е. Петрова, из-за которой бывший предводитель дворянства И. М. Воробья-нинов совершил роковую растрату концессионных сумм.
      Но, с другой стороны, оценка качества и полезности фальсификации, как правило, зависит от уровня компетентности потребителей, причем следует иметь в виду, что обычно гораздо легче бывает облапошить отдельную личность, чем коллектив, организацию и вообще — систему. Так что можно искренне посочувствовать дизайнерам аналогов пептидных биорегуляторов, перед которыми неумолимый прогресс биохимии и фармакологии ставит почти невыполнимую задачу: им предстоит с помощью своих «поддельных» молекул попытаться обмануть самую сложную в мире систему — живой организм.
      Впрочем, исследователи пептидных биорегуляторов, а, как ясно из предыдущего изложения, практически все они были химиками, осознали эту задачу еще лет тридцать тому назад и благодаря свойственному химикам практицизму вовсе не восприняли ее как что-то сверхсложное. Наоборот, они с вожделением поглядывали на аминокислотные последовательности известных к тому времени пептидов — окситоцина, вазопрессина, ангиотензина, брадикинина, заранее прикидывая, сколько новых аналогов (а значит, и новых веществ!) можно будет получить из этих исходных соединений.
      Уже одни только замены типа аминокислотного остатка в данном положении цепочки из восьми-девяти аминокислот сулят поистине астрономические числа в принципе возможных аналогов. А ведь допустимы еще и всякого рода укороченные аналоги — фрагменты природного пептида, и различные модификации отдельных функциональных групп: скажем, можно заменить атом водорода на метил СН3, переделать гидроксил — ОН в метиловый эфир — О — СН3, а амидную группу NH в ме-тиламид N(CH3). Одним словом, поприще для проявления химического искусства открылось почти необъятное, и химики смело вступили на путь синтеза аналогов пептидных биорегуляторов.
      Это описание бурного энтузиазма пептидных синтетиков и особенно причин такого энтузиазма выглядит, пожалуй, несколько утрированно: на самом деле синтез аналогов пептидов, развернутый в пятидесятые годы и позднее, не был, конечно, таким уж бездумным. По крайней мере одна цель — защита аналога от преждевременного ферментативного расщепления преследовалась уже с самого начала. Более того, синтетики сразу стали учитывать и экономический аспект проблемы: по ходу синтеза началось массовое тестирование на возможную биологическую активность фрагментов природных пептидов с тем, чтобы не пропустить потенциальную возможность обнаружить более короткую последовательность, полностью воспроизводящую эффект целого пептида.
      И все же на этом раннем этапе пептидного драг-дизайна основное внимание уделялось чисто химическим вопросам и в первую очередь отработке методов молодого тогда пептидного синтеза. Проблемы же собственно направленного поиска, то есть отбора аналогов для синтеза в соответствии с определенными теоретическими рекомендациями, вышли на первый план пептидных исследований лишь где-то к середине семидесятых годов.
      А поскольку путь пептидного препарата от лаборатории синтетика до рабочего места клинициста не так уж близок, арсенал пептидных лекарств, которыми располагает мировая медицинская практика сегодня, в основном сложился за счет соединений, синтезированных довольно давно и не слишком целенаправленно.
      Время от времени в научной литературе появляются фундаментальные обзоры, представляющие собой, по существу, перечисление аналогов того или иного пептида, синтезированных к данному моменту. Некоторые особенно хорошо изученные или особо важные пептидные биорегуляторы и их аналоги удостаиваются даже отдельной книги. Так, в очень солидной серии монографий «Справочник экспериментальной фармакологии», издающейся в ФРГ, уже вышли тома, посвященные нейроги-пофизарным пептидным гормонам — окситоцину и вазо-нрессину, ангиотензину, брадикинину.
      Для каждого из этих пептидов к началу восьмидесятых годов было синтезировано огромное количество аналогов: по одной-две-три сотни (сейчас, правда, на первое место по числу аналогов уверенно вышел нейропептид энкефалин). Надо заметить, что эпитет «огромное» здесь вполне уместен: все-таки даже сегодня синтез пептида длиной в восемь-девять аминокислотных остатков, включающий к тому же тщательную очистку продукта, длится не менее одного-двух месяцев в лаборатории, обладающей современными приборами и при использовании отлаженных методов синтеза. Однако, несмотря на эти поистине титанические усилия химиков, весьма немногие из синтезированных в те десятилетия пептидных соединений превратились в фармакологические препараты.
      В 1982 году известный химпк-синтетик профессор Л. Кишфалуди, представляющий знаменитую венгерскую фармацевтическую фирму «Гедеон Рихтер», изложил на страницах «Трудов» 17-го Европейского пептидного симпозиума ситуацию, сложившуюся на мировом рынке синтетических пептидных препаратов. По его подсчетам, с 1955 по 1981 год официально зарегистрировано четырнадцать препаратов подобного типа, представляющих собой аминокислотные последовательности от трех до тридцати двух остатков в цепи, среди которых присутствуют и окситоцин, и вазопрессин, и брадикинин.
      Но, что особенно характерно, в числе этих четырнадцати препаратов были названы лишь три аналога, все остальные являются «дословным» воспроизведением природных последовательностей либо их фрагментов. (Следует учесть, однако, что некоторые пептидные препараты по тем или иным причинам не вышли на мировой рынок, ограничившись национальным: в ЧССР, например, большим успехом пользуется аналог вазопрессина, не упомянутый Л. Кишфалуди.)
      В то же время, говоря о грядущих перспективах пептидных лекарственных средств, венгерский профессор перечислил тринадцать типов возможных препаратов, о разработке которых сообщали в общей сложности тридцать четыре фармацевтические компании. Так вот, из тринадцати перспективных препаратов аналогами являются уже одиннадцать. (Еще не менее трех-четырех реальных кандидатов в пептидные лекарства предложены на основе аналогов природных пептидов в последние годы у нас в стране.)
      Как видно из этой несложной статистики, лозунг «Давайте подражать природе, чтобы обмануть организм» не просто был положительно воспринят пептидной общественностью, но и стал непосредственным руководством к действию. Та же статистика, впрочем, убеждает и в наличии другого, еще более важного правила пептидного драг-дизайна: одно только большое количество синтези-
      рованных аналогов какого-либо пептида вовсе не гарантирует обязательное обнаружение приемлемого для клиники пептидного препарата.
      Не надо считать предыдущее утверждение крамольным: количество по-прежнему рано или поздно переходит в качество с той же неуклонностью, с которой Волга впадает в Каспийское море, а лошади едят овес. Но вот ждать момента этого заветного диалектического перехода придется очень и очень долго, если, конечно, искать нужные аналоги по-прежнему практически вслепую, когда на самом деле требуется чрезвычайно точный и хорошо обоснованный отбор для синтеза каждого следующего аналога.
      Такой отбор возможен, только если результаты проверки биологической активности каждого вновь синтезируемого аналога будут давать четкий ответ на вопрос, заданный природе исследователем. А искусство задавать вопросы как раз и составляет, по чьему-то справедливому замечанию, самое главное во всяком научном творчестве.
      При этом желательно помнить еще один весьма разумный принцип взаимоотношений исследователя и природы: «Эксперимент всегда говорит — нет». Это означает, что результаты эксперимента (в нашем случае — синтеза и биологической проверки аналога пептида) в принципе не в состоянии сообщить, что изучаемый процесс в организме проходит так-то и так-то; следует ожидать лишь сообщения типа: «Изучаемый процесс зависит от того-то и того-то, и поэтому из предполагаемых шести вариантов его реализации первый и третий можно смело отбросить уже сейчас, а остальные слегка уточнить и провести новый эксперимент для того, чтобы сделать выбор между ними».
      Однако выбор между возможными моделями протекания какого-либо процесса в организме требует прежде всего наличия этих самых моделей, то есть весьма и весьма глубокого и скрупулезного исследования биохимических и даже биофизических механизмов, обеспечивающих в конечном счете всю жизнедеятельность. Именно такие исследования и должны лежать в основе поиска аналогов пептидных биорегуляторов, которые смогли бы претендовать на роль лекарственных препаратов, и именно такое направление должно являться и действительно является главным в современном пептидном драг-дизайне.
      Рассказ о развитии и достижениях этих исследований начнется на следующей странице, а пока стоит лишь отметить, что на примере направленного поиска эффективных пептидных лекарственных средств мы смогли еще раз убедиться в непреложности основного положения научно-технического прогресса: никакие успехи в практическом применении невозможны без продвижения вперед фундаментальной науки.
     
      Глава 4. ПЕПТИДЫ И РЕЦЕПТОРЫ
     
      Человеческое любопытство — свойство, которое сами люди более склонны именовать любознательностью, поис-тине безгранично, особенно в тех случаях, когда удается подсмотреть непарадную, скрытую обычно от посторонних взоров сторону вещей и событий. Андерсеновский свинопас завоевал благосклонность прекрасной принцессы, смастерив волшебный котелок; но, думается, принцессу привлекла не столько способность котелка наигрывать «Ах, мой милый Августин», а скорее возможность узнать с его помощью, что варится в каждой кухне королевства. Можно вспомнить также изящные и остроумные очерки великолепного чешского писателя К. Чапека под общим заголовком «Как это делается»: как делается газета, спектакль, кинофильм...
      Или совсем недавний пример: небывалый читательский успех романов американца А. Хейли, описывающего технологию работы госпиталя, отеля, аэропорта, банка, автозавода и так далее. В литературно-критических кругах заговорили даже о необъяснимом «феномене Хейли»: в самом деле, отчего наш, казалось бы, высококвалифицированный читатель брезгливо отворачивается от глубочайших психологических романов, повествующих о душевных драмах главного инженера, разрывающегося между женой, еще одной женщиной и доменной печью, а в то же время охотно проглатывает беллетризованные
      штамповки А. Хейли, никак, в сущности, не отличимые от тех же производственных романов?
      Не рискуя вдаваться в профессиональные споры литераторов, позволим лишь сослаться все на то же неистребимое любопытство человека по отношению к чужим делам: всякий знает — кто лучше, кто хуже, — как построить надежный любовный треугольник, но мало кто представляет себе детали устройства доменной печи, и поэтому писатель, со знанием дела изложивший на бумаге закулисные стороны ее «внутренней жизни», вправе рассчитывать на благоволение читателя.
      Как раз на это самое человеческое любопытство мы и полагаемся в надежде привлечь внимание читателя к скрытым в глубинах организма молекулярным механизмам действия пептидных биорегуляторов. Ведь в конце концов избранный нами предмет как-то ближе человеку, чем аэропорт, театральная постановка или даже доменная печь: на этот раз речь идет о самом человеке, о проблемах, прямо связанных с его здоровьем. Так что в данном случае именпо интерес к обсуждаемой теме способен поддержать интерес читателя к книге — особенно если учесть, что последний бестселлер А. Хейли «Сильнодействующее средство», рассказывающий о деятельности фармацевтической фирмы (кстати, построившей свое благополучие на успехе препарата «пептид-7» — и здесь А. Хейли идет в ногу со временем!), уже переведен на русский язык. Будем же надеяться, таким образом, что предстоящее нам описание того, как функционируют пептидные биорегуляторы и каким образом удалось это выяснить, хоть в какой-то степени удовлетворит вполне естественному желанию человека — . знать, что же отчеканено на обратной стороне медали.
     
      ЛЮБОВЬ ДОЛЖНА БЫТЬ ОБОЮДНОЙ
      Предыдущие главы носили в основном описательный характер, и различные свойства пептидных биорегуляторов фигурировали в них как нечто данное свыше: что есть, то и есть. До определенного времени, как уже говорилось ранее, такое положение можно было терпеть не только в популяризаторском сочинении, но и в пептидной науке.
      Однако с развитием пептидного драг-дизайна уклончивые формулировки типа: ангиотензин регулирует давление крови, вызывая сокращение стенок сосудов, или: энкефалин понижает чувствительность организма к боли, стали явно недостаточными, и вопрос о том, что же обусловливает тот или иной биологическпй эффект пептида и чем при этом объясняются его уникальные свойства, вышел на первый план и продолжает оставаться на нем по сей день. Без всякого преувеличения можно смело утверждать, что ответ на этот вопрос является ключевым для направленного поиска пептидных лекарственных препаратов, и поэтому вся последующая глава будет так или иначе связана с попытками такого ответа.
      Начнем со скромного замечания, что, строго говоря, ангиотензин вовсе не регулирует давление крови, а энкефалин не понижает болевую чувствительность — в обоих случаях роль названных пептидов сводится лишь к инициированию процессов регуляции давления или понижения чувствительности, которые представляют собой очень сложную и далеко не до конца ясную систему биохимических реакций. А пептидные биорегуляторы (ибо ангиотензин и энкефалин не являются исключениями) только дают начальный толчок этой системе, подобно тому как опытный инженер-оператор, сидя за огромным пультом распределения энергоресурсов, безошибочным нажатием нужной кнопки посылает поток энергии в тот или другой участок сети, охватывающей целый экономический регион.
      В приведенном сравнении, как видно, четко прослеживается цепочка: оператор — кнопка — запуск регулирующей системы; примерно такую же цепочку событий можно проследить и в пашем случае: вместо оператора представим себе пептидный биорегулятор, вместо кнопки на пульте — рецептор, а вместо системы электромагнитных реле и трансформаторов — систему химических превращений биологических молекул. И поскольку здесь впервые появился новый и очень важный для дальнейшего изложения термин «рецептор», уделим несколько строк более подробному рассмотрению понятия, стоящего за этим термином.
      Впервые представление о рецепторах (от латинского «receptio» — «принятие») как об особых элементах организма, которые отвечают за «улавливание» вводимых в него веществ, было развито, по-видимому, в работах уже известного нам немецкого ученого П. Эрлиха, — основоположника современной фармакологии: еще в начале века стало ясно, что лекарство непосредственно действует
      лишь на некоторые вполне определенные точки, начиная с которых его эффект распространяется на весь организм.
      Из фармакологии это представление перешло в другие области медицины и укоренилось там: сейчас из того же журнала «Здоровье» можно узнать, что отличить вкус шоколадной конфеты от полыни удается за счет особых вкусовых рецепторгов на поверхности языка, а непереносимые муки зубной боли связаны с особо высокой плотностью рецепторов боли в ткани у основания зуба.
      С более общих биохимических позиций можно считать даже, что любой агент, будь то внешний или внутренний, должен пройти стадию взаимодействия с рецептором, чтобы вмешаться в течение всевозможных молекулярных процессов в организме: все зависит от того, что называть рецептором. В нашем случае пептидных биорегуляторов, которые действуют на организм изнутри, под словом «рецептор» обычно понимают молекулу или группу молекул, встроенную в наружную мембрану клетки так, что часть ее «высовывается» в среду, окружающую клетку, и способна соединяться с молекулами пептидных биорегуляторов. Но соединение пептидов с рецепторами — особого рода: между ними не образуются химические связи, и комплекс пептид — рецептор распадается так же легко, как и образуется. И тем не менее как раз благодаря образованию такого комплекса и начинается лавина биохимических реакций, которая приводит в конечном счете к изменению общего состояния организма.
      Получается, таким образом, что участие пептидных молекул в регуляции жизненных процессов ограничивается скромным эффектом взаимодействия с рецептором (или рецепторами). Не противоречит ли это предыдущим высказываниям о пептидных биорегуляторах как о ведущем звене в регуляции?
      Отнюдь нет. Вспомним, например, многочисленные психологические описания ночного ожидания разнообразных литературных героев, отправленных волей писателя на выполнение своего служебного долга в самое неподходящее время. Верная и любящая жена не может, естественно, уснуть в эти напряженные для своего мужа часы и минуты, а только мучительно переживает за него, вздрагивая от малейшего шороха в квартире и пугаясь пробегающих по потолку отсветов огней редких автомобилей (литературная традиция требует, чтобы свет не зажигали — очевидно, для полноты чувств).
      И вот наконец щелкает замок, хлопает входная дверь, жена с облегчением бросается навстречу мужу, радостно взлаивает домашняя собачка Тяпа и даже трехлетний сын выходит босиком из своей спальни, говорит сквозь сон: «Это ты, папа? Справились с прорывом?» — и вновь, не просыпаясь, уходит. А инициировал всю эту кутерьму, если говорить не с литературной, а с фактической точки зрения, маленький кусочек металла — ключ, который на какие-то секунды задержался в замочной скважине и позволил отпереть дверь. Вот таким «ключом», с которого начинаются многие биохимические события, и является пептидный биорегулятор. А «замком», подходящим для этого «ключа», — его рецептор.
      Параллель пептид — рецептор — ключ — замок широко используется и в популярной литературе, и в различных учебных курсах, что свидетельствует о явной удаче подобного сравнения. И это действительно так. Начать хотя бы с того, что пептидный биорегулятор, взаимодействуя с рецептором на внешней стороне клеточной мембраны, вызывает определенные процессы, происходящие внутри клетки, — в точности как в предшествующем абзаце. Сегодня нам даже известно кое-что о характере таких процессов; оказалось, что действие пептидного биорегулятора обычно сводится либо к активации внутриклеточного фермента аденилатциклазы, либо к изменениям объема потоков различных ионов, непрерывно пронизывающих мембрану клетки.
      Далее, размер замка обычно существенно больше размеров ключа — и это также вполне соответствует известным данным о рецепторах пептидных биорегуляторов. Уже говорилось, что большинство таких регуляторов — олигопептиды, то есть цепочки, состоящие всего из нескольких аминокислот. А рецепторы пептидов (по крайней мере те очень немногие, которые удалось выделить из мембран к настоящему времени) представляют собой молекулы больших белков (одну или несколько вместе), к которым добавлены еще немалые по размерам фрагменты небелковой природы, так что по молекулярной массе рецептор на несколько порядков превосходит соответствующий ему пептидный биорегулятор.
      Наконец, по сравнению со всей поверхностью двери замок занимает очень небольшую часть; можно сказать, что плотность расположения замков по поверхностям дверей в среднем невысока. Но средняя плотность расположения рецепторов данного типа на поверхности клеточной мембраны гораздо ниже: как если бы один оригинальный дверной замок приходился на весь фасад шестнадцатиэтажного дома длиной в целый квартал. На том же фасаде может быть, впрочем, размещено еще немало замков уже иных типов, к которым данный ключ не подойдет, но зато другие ключи окажутся впору.
      Вот так мы и подошли к объяснению важнейшего качества пептидных биорегуляторов — их высокой специфичности. Действительно, если уподобить пептид ключу, а рецептор — замку, то очевидно, что отпереть замок можно либо строго подходящим к нему ключом
      (это очень легко и просто, но зато другие замки этим ключом не откроешь), либо универсальной отмычкой, роль которой в худшем случае может выполнить попросту ломик или кувалда (здесь придется попыхтеть, замок, а то и дверь целиком окажется поврежденной, но конечный эффект будет налицо, причем с одинаковым успехом для замков любого типа).
      Первый из описанных методов демонстрирует способ действия высокоспецифичных пептидных биорегуляторов, второй — биохимических регуляторов с меньшей специфичностью, в том числе и «обычных» лекарственных средств. Таким образом, главный фактор высокой специфичности пептидов — это их высокая степень соответствия данному типу рецепторов (биохимики и биофизики употребляют термин «комплементарность»), не меньшая, чем точность соответствия друг другу замка и ключа в вашей квартире.
      Между прочим, иллюстративная модель «ключа и замка» первоначально была предложена для объяснения другого вида специфичности — избирательного действия ферментов разного типа на биологические молекулы различных сортов. Ранее уже упоминалось, что взаимодействие ферментов с такими молекулами начинается с их «отлова», образования комплекса данной молекулы с ферментом, а специфичность процесса такого комплек-сообразования строго обусловлена как раз наличием комплементарности. молекул, объединяющихся в комплекс — фермент и, как говорят биохимики, его субстрат.
      Интересно отметить, что вначале существование подобной комплементарности предполагалось чисто умозрительно, и лишь спустя десятилетия удалось получить кристаллы ферментов в комплексах с субстратами и с помощью рентгеновских лучей наглядно увидеть, что фермент и субстрат действительно подходят один к другому, как ключ к замку. Что же касается комплекса пептид — рецептор, то здесь никаких четких экспериментальных доказательств комплементарности этих двух молекулярных объектов нет, есть лишь изложенное выше теоретическое предположение, которое, впрочем, с каждым днем находит все больше экспериментальных подтверждений (правда, косвенных).
      Все дело в том, что многие отрывочные сведения о рецепторах пептидных биорегуляторов, которые были сообщены читателю несколько ранее, представляют собой,
      по существу, все, что известно об этих рецепторах. То есть известно, что рецепторы состоят из молекул белковоподобных веществ, находятся на внешней стороне наружной клеточной мембраны, и для некоторых из них определена молекулярная масса. Можно надеяться, что в дальнейшем с развитием методов препаративной биохимии выяснятся еще многие особенности рецепторов данного класса на молекулярном уровне. Но это — в будущем, а пока из-за крайней ограниченности наших знаний о рецепторах пептидов существующие модели пеп-тид-рецепторного взаимодействия (а тем более — модели дальнейшего развития биологического эффекта) по необходимости остаются гипотетическими, причем некоторые детали и вовсе неопределенными.
      Современный уровень представлений о механизмах действия пептидных биорегуляторов можно попытаться воспроизвести на примере, скажем, фантастического спа, который приснился юному пионеру Пете и вполне подошел бы в качестве фабулы нравоучительного мультфильма. Итак, Пете приснилось, что длиннобородый волшебник открыл ему большую тайну: среди многих сотен автоматов с газированной водой, расставленных по огромному лесопарку на окраине города, есть несколько десятков заколдованных, устроенных не так, как другие. Вместо щели для обычной трехкопеечной монеты у этих автоматов есть прорезь для особого ключика (может быть, даже золотого): вставишь ключик, повернешь, и в стакан польется вода с малиновым сиропом.
      Волшебник научил Петю, как еще издали распознавать такие автоматы, показал целую связку совершенно одинаковых ключиков и... И тут Петя проснулся, отчего горько заплакал: он очень любил воду именно с малиновым сиропом, и ему казалось, что даже пятидесяти стаканов не хватит для утоления жажды. Но слезы его мгновенно высохли, когда на спинке кровати он увидел связку ключей, оставленных добрым волшебником.
      Схватив ключи, Петя помчался в лесопарк. Он без труда нашел первый из волшебных автоматов, вставил ключик, повернул... внутри автомата что-то заурчало, зашипело, мигнуло зеленым глазом — и сладкая малиновая жидкость полилась в стакан и была мигом проглочена ошалевшим от счастья Петей. Второй, третий и четвертый заколдованные автоматы сработали точно таким же образом, но, странное дело, — пятый стакан вожделенной газировки Петя выпил с некоторым трудом, а на
      десятом наступило полное насыщение: Петина жажда была утолена. Но еще много оставалось несработавших автоматов, и Петя утомленно брел по парку, вставлял ключик, механически поворачивал его — ц розовая водичка все текла и текла в стаканы уже безо всякой пользы.
      И когда уставший Петя проснулся окончательно (а это, оказывается, было просто продолжение сна — оригинальный поворот сюжета!), он гордо отказался от горы трехкопеечной меди, щедро протянутой ему папой на прогулке, и взял лишь две монетки, хорошо усвоив, что неумеренность не доводит до добра даже в идиллическом пионерском возрасте. Конец мультфильма.
      Педагогический эффект предлагаемого сюжета очевиден, но нас интересует, собственно, не он, а «молекулярное» истолкование Петиных сновидений. В этих снах, как легко понять, ключики символизируют пептидные биорегуляторы, прорези для них — специфические рецепторы, заколдованные автоматы — те сложные биохимические системы, которые приводит в действие соединение биорегулятора с рецептором, и, наконец, утоление пресловутой Петиной жажды — конечный биологический эффект взаимодействия пептид — рецептор.
      Таким образом, Петиному сну соответствует следующая модель: в биохимической системе существует определенное количество свободных рецепторов, готовых к образованию комплексов с пептидными биорегуляторами. Когда такой комплекс образуется (ключ вставляется в прорезь), рецептор, как говорят, активируется и при этом несколько перестраивается (ключик поворачивается), вызывая к действию неведомые нам пока молекулярные механизмы (автомат урчит, шипит и мигает), что в конце концов приводит к желаемой биологической реакции (стакан наполняется водой, а Петина жажда уменьшается).
      Чем больше рецепторов окажется «занятыми», вовлеченными в комплекс с пептидами, тем большей будет активация системы и, соответственно, выше уровень биологического эффекта. Но при достижении какого-то определенного отношения числа занятых и свободных рецепторов наступит насыщение: уровень биологической
      реакции больше не будет повышаться, несмотря на образование все новых и новых пептид-рецепторных комплексов (Петя не может уже смотреть на воду с сиропом, и новые ее порции пропадают втуне).
      Представленная вашему вниманию модель на сегодняшний день наиболее распространена и общепринята, поскольку в целом она соответствует данным эксперимента; однако придирчивый взгляд может обнаружить в ней (и действительно обнаруживает) целый ряд пробелов. Так, например, добрый волшебник, помнится, дал Пеге целую связку одинаковых ключей, и мальчик приводил в действие каждый новый автомат новым ключом. А почему? Ведь все ключи были идентичны, и, казалось бы, хватило и одного из них на все автоматы. И вообще, что происходит с ключом, то есть с пептидным биорегулятором, когда автомат, то есть биохимический механизм, уже отработал? Освобождается ли он и готовится к новому соединению с замком-рецептором или погибает в борьбе с хищниками-пептидазами в среде, омывающей рецептор или прямо на рецепторе?
      Еще одна неясность: зачем заставлять пионера Петю метаться по всему парку в поисках все новых заколдованных автоматов? Может быть, достаточно отыскать первый и все продолжать и продолжать поворачивать ключик, снова и снова подставляя стаканы под приторно сладкую струю, пока нужный эффект насыщения не будет достигнут?
      Кроме того, обратим внимание и на такую деталь: в нашем мультфильме Петя поворачивал ключик на пол-оборота и получал стакан — допустим, двести граммов — воды с сиропом. А если повернуть ключик на четверть оборота: выдаст автомат полстакана воды или ничего?
      Перечисленные вопросы относятся к тем, которые чаще всего задаются в связи с-изложенной моделью пеп-тид-рецепторного взаимодействия (но, разумеется, они далеко не исчерпывают весь список возможных вопросов). А поскольку однозначные ответы на них к настоящему времени не получены, каждый вопрос способен, в принципе, вызвать к жизни другую модель биохимической цепочки между образованием комплекса пептид — рецептор и конечной биологической реакцией. И такие модели, альтернативные наиболее распространенной, действительно существуют и будут продолжать свое равноправное существование до окончательного выбора между ними, который способны сделать лишь весьма тонкие эксперименты на молекулярном уровне, неосуществимые на сегодняшний день.
      Таким образом, допустимы различные догадки о том, что происходит в организме с момента введения некоторого количества пептидного биорегулятора до проявления биологического эффекта, однако любая версия неизменно включает один и тот же - необходимый элемент — образование комплекса пептид — рецептор на основе взаимной комплементарности.
      (Некоторые исследователи в качестве отдельного, первичного этапа процесса комплексообразования рассматривают еще и «узнавание» пептидом своего специфического рецептора (или наоборот, рецептором — пептида). В этом есть свой резон — ведь не зря волшебник прежде всего обучил Петю распознавать чудесные автоматы среди обыкновенных. И вообще, своевремепно отличить своих от чужих — задача очень и очень важная.
      Во время недоброй памяти англо-аргентинской «фолклендской» войны с обеих сторон было потоплено несколько военно-морских судов, в том числе английский эсминец «Шеффилд». История его гибели согласно материалам еженедельника «За рубежом» выглядела следующим образом: за много миль от «Шеффилда» аргентинский пилот выпустил в его направлении самонаводя-щуюся ракету. Бортовые локаторы эсминца немедленно обнаружили ракету, замерили ее параметры и привели в действие компьютер, управляющий системой корабельной ПВО. Но компьютер, проанализировав полученные данные, дал команду «Отбой» — ракета оказалась французской, типа «Экосез», а компьютер был твердо обучен тому, что сбивать ракеты своих союзников по НАТО не следует. Тем самым участь «Шеффилда» была решена — и только из-за казуса, не предусмотренного несовершенной системой «сузнавания».)
      Короче говоря, биологическое действие любого пептидного биорегулятора невозможно без юго, чтобы пептид и соответствующий ему и только ему рецептор — пока еще довольно загадочный и непонятный элемент биохимической системы организма — нашли друг друга и соединились в тесном объятии, отвергнув всяческие чужие притязания. Воистину, самое главное правило в жизни гласит (устами И. Ильфа и Е. Петрова), что любовь должна быть обоюдной: этот позаимствованный нами заголовок известного фельетона вполне соответствует главному выводу настоящего раздела.
      Словосочетание «черный ящик» появилось в нашем обиходном языке после окончательного признания кибернетики. Это понятие означает некий участок, исправно работающий в системе управления, но внутри устроенный неизвестно как: известно лишь, что при поступлении к нему на вход сигнала данного типа на выходе появляется другой сигнал, должным образом переработанный.
      Легко видеть, что, как можно понять из предыдущего изложения, молекулярные механизмы, реализующие биологическую реакцию организма на данный тип пептидного биорегулятора, во многом схожи с «черным ящиком» — по крайней мере, для теперешнего состояния соответствующей науки. И хоть не хочется, выйдя на молекулярный уровень, возвращаться к поговорке, связывающей лошадь и ее хвост, приходится признать, что иным способом внутреннюю структуру биологического «черного ящика» исследовать невозможно.
      Впрочем, таков вообще один из основных приемов научного исследования. Когда-то в древности восточные мудрецы придумали притчу о трех слепцах, ощупывающих слона: на вопрос о том, каков из себя слон, первый, трогавший хобот, сказал, что слон мягкий и гибкий; второй, которому попались бивни, утверждал, что слон гладкий и твердый; а третий, стоявший вплотную к туловищу, говорил, что слон огромный л шероховатый.
      Эта история, наполненная глубоким философским смыслом, в последнее время почему-то стала предлагаться в качестве забавного анекдота: предполагается, очевидно, что слушатель должен испытывать чувство превосходства над незадачливыми слепыми, неспособными получить объективное впечатление о слоне в целом. Но ничего достойного самодовольного веселья в этой изящной миниатюре нет: более того, она поистине поучительна, ибо очень верно отражает картину неизбежного несовершенства способов, которыми человек изучает все, лежащее за пределами его собственного «я». А несовершенство способов ведет к несовершенству выводов: каждый из слепцов был прав лишь частичпо; но ведь то же самое можно сказать и по-другому — хоть частично, но каждый из слепцов был прав.
      Что ж, уподобимся слепым перед слоном и начнем по-всякому испытывать биологический «черный ящик»:
      будем подавать ему на вход различные пептидные биорегуляторы и наблюдать за эффектом на выходе. Учитывая при этом, что входом в нашем случае является специфический рецептор, способный к комплексообразова-нию лишь с данной пептидной молекулой, будем использовать в качестве пробных сигналов аналоги этой молекулы: тогда одновременно с проблемой исследова-
      ния устройства «черного ящика», может быть, удастся и отобрать аналоги, наиболее перспективные с точки зрения драг-дизайна (что, между прочим, и является нашей основной, хоть и несколько подзабытой уже задачей).
      Описанная процедура существует отнюдь не только в нашем воображении, напротив, она действительно представляет собой одну из основ драг-дизайна, называемую биологическим тестированием, и поэтому есть смысл остановиться более подробно на описании ее принципов, методов и результатов.
      Наиболее распространенный из способов биологического тестирования изобретен, вполне возможно, теми подозрительными владыками, которые ввели должность придворного отведывателя — человека, в обязанность которого входило пробовать каждое блюдо, подаваемое к столу властелина: если отведыватель оставался в живых, стало быть, в данное яство яд положен не был и его можно было без боязни употреблять по назначению. Таким образом, биологический эксперимент производился над организмом в целом (биологи и медики сказали бы: эксперимент in vivo — «в живом» по-латыни) и, в принципе, мог дать ответ лишь типа «да» или «нет». С тех пор эксперимент in vivo существенно усовершенствовался и выглядит совсем по-иному.
      Прежде всего люди в качестве объектов воздействия различных ядов, лекарств и прочих еще неизвестных веществ были заменены лабораторными животными: крысами, мышами, морскими свинками, кроликами, собаками, кошками, а иногда — настоящими свиньями или даже обезьянами. Конечно, в известной мере это был шаг назад — ведь организмы всех этих животных все же отличаются от человеческого, но, думается, вряд ли кто-нибудь сожалеет о таком отступлении.
      (Кстати, однажды автор все-таки видел в одном из американских научных журналов поразившее его сообщение о тестировании на добровольцах — людях нового аналога ангиотензина, действие которого не проверялось предварительно на животных.)
      Далее, понадобилось перейти от оценки биологического эффекта в терминах «да — нет» к его более точному измерению. Для этой цели прежде всего выбирается измеряемая биологическая реакция организма, например, увеличение уровня давления крови на двадцать (или тридцать, или сорок) миллиметров ртутного столба: биологи и медики в особенности не любят этих новомодных гектопаскалей. Затем определяется так называемая пороговая доза стандартного соединения: допустим, желаемое изменение давления происходит при введении крысе ангиотензина в объеме столько-то микрограммов на килограмм ее веса; величина этой дозы принимается за единицу или за сто процентов. А уже после этого величина может быть выражена по отношению к стандарту.
      Положим, например, что какой-то аналог ангиотензина вызывает условленную биологическую реакцию — повышение давления на двадцать миллиметров ртутного столба, но для достижения такого эффекта крысе необходимо ввести в пять раз больше микрограммов на килограмм, чем при введении самого ангиотензина. В этом случае величина активности аналога будет определена как двадцать процентов или ноль целых две десятых активности ангиотензина.
      Инотда размер пороговой дозы вводимого соединения определяется по-другому: как предел, при котором наступает насыщение биологического эффекта. То есть, скажем, начиная с некоей величины увеличение дозы аналога уже не приводит к повышению давления; впрочем, такой пример не слишком правдоподобен, потому что для ангиотензина и его аналогов предел повышения давления крови может быть и не достигнут: крыса погибнет еще до этого.
      В связи с упомянутым печальным событием стоит сказать несколько слов о судьбах лабораторных животных вообще. При любом научно-исследовательском заведении, всерьез занимающемся драг-дизайном, как правило, существует виварий — место, где выращивают и готовят к предстоящим экспериментам мышей, крыс, кроликов и прочую живность. Все эти звери живут намного комфортабельнее своих сородичей в подвалах, на чердаках или даже на кроличьих фермах; достаточно просмотреть, скажем, «Правила содержания лабораторных животных», принятые в Японии, чтобы убедиться в этом: японцы регламентируют не только форму клеток или калорийность рациона, но и, например, способ уничтожения экскрементов.
      Многие лабораторные животные имеют прямо-таки дворянское происхождение: чтобы исход биологического эксперимента не зависел от случайных неконтролируемых генетических факторов, для него стараются использовать так называемых линейных животных, членов одного и того же семейства, постоянно скрещивающихся между собой. Иногда удается даже специально вывести линию с теми или иными генетическими особенностями: так, тестирование антигипертензивных препаратов теперь можно проводить на особой породе крыс с наследственной ренальной гипертензией.
      Одним словом, хорошо содержащийся виварий всегда представляет собой законную гордость его владельцев и предмет непременных посещений уважаемых гостей: их проводят по сверкающим чистотой помещениям, заботливо осведомляясь, не пахнет ли чем-нибудь, и, действительно, пахнет не чем-нибудь, а скорее шампунем.
      Средней мощности виварий производит обычно несколько десятков тысяч животных в год (в основном мыши и крысы), жизнь и смерть которых полностью подчинена нуждам биологических исследований. Да, и смерть: методы умерщвления использованных животных также регламентированы вплоть до последующего обязательного кремирования.
      Тем не менее, несмотря на чуть ли не законодательные гарантии, обеспечивающие сытое и обеспеченное существование лабораторных животных, работающие с ними экспериментаторы периодически подвергаются яростным нападкам возмущенной общественности. Хлесткое слово «вивисекторы» в смысле «уродующие живое» существует вот уже более века, и даже выдающийся писатель Г. Уэллс, сам получивший очень неплохое естественное образование, не удержался от изображения — пускай и в виде утопии — отталкивающей фигуры вра-ча-вивисектора в своем «Острове доктора Моро». А уж в наступившие дни всеобщего гуманизма страдания мучеников науки — лабораторных мышей и крыс — становятся объектом пламенных выступлений периодической печати, призывающих покончить с варварским обычаем экспериментирования на животных, повсеместно признанных ныне нашими меньшими братьями. В общем, как писал замечательный советский поэт Н. Олейников:
      ...Ты, подлец, носящий брюки,
      Знай, что мертвый таракан —
      Это мученик науки,
      А не просто таракан.
      Поэт шутил, но многие авторы неоднократно всерьез предлагали (разумеется, в массовых изданиях) перейти от крыс, скажем, к микроорганизмам, у которых отсутствует нервная система и страдания которым тем самым недоступны.
      Увы, эти предложения никак нельзя признать конструктивными, даже если вследствие сугубо гуманитарного мироощущения считать, что человек отличается от бактерии лишь размерами, но не внутренним устрой-
      ством. Достаточно задать вопрос: а как тестировать вещества, действующие непосредственно на нервную систему? И сразу станет ясно: без использования лабораторных животных при поиске новых лекарств обойтись невозможно. Другое дело, что нельзя допускать излишне жестокие эксперименты, причиняющие мучения, которые совершенно необязательны (а такое, к сожалению, еще бывает), но полностью исключить неудобства и тем более неизбежную гибель лабораторных животных во славу науки все равно не удастся. Остается лишь создавать им описанные выше роскошпые условия проживания да изредка воздвигать в их честь памятники, как поступил И. Павлов в своих Колтушах, увековечив Собаку — терпеливую помощницу в его экспериментах.
      Впрочем, эксперименты in vivo зачастую не удовлетворяют не только противников вивисекции, но и самих исследователей, особенно занимающихся проблемами пептидного драг-дизайна. Их претензии связаны прежде всего с тем, что организм, как мы не устаем повторять, весьма и весьма сложен, и гарантировать, что в каждом данном случае возникающий биологический эффект обусловлен только введением исследуемого пептидного аналога, было бы слишком рискованно. К тому же остается неясным место действия аналога: между тем в этом отношении пептиды особенно избирательны. И, наконец, тот факт, что для аналога, лишенного, к примеру, ароматического фенольного кольца, пороговая доза в сто двадцать раз больше, чем для природного пептида (то есть он обладает активностью, меньшей в сто двадцать раз), еще ничего не говорит о самом интересном: об особенностях его взаимодействия с рецептором. В самом деле, остается неясным, то ли из-за потери упомянутой функциональной группы аналог утратил способность комплексообразования с рецептором (ключ перестал подходить к прорези замка), то ли такой «изуродованный» аналог не может более активировать рецептор (ключ входит в замок, но не поворачивается).
      Иными словами, биологическое тестирование in vivo обычно дает, как принято говорить, недифференцированную оценку активности аналогов пептидных биорегуляторов без разделения величин, характеризующих степень связывания аналога с рецепторами и уровень их активации. А именно эти характеристики, как легко понять, очень важно знать для того, чтобы поиск новых биоло-
      гически активных пептидных препаратов стал действительно направленным. Подобные соображения и привели к тому, что методы тестирования in vivo, обладавшие ранее своего рода монополией, начали лет двадцать назад сменяться другими экспериментальными процедурами (в первую очередь тестированием аналогов на изолированных органах), сохранив, однако, в некоторых аспектах свои позиции непоколебимыми.
      Эксперименты на изолированных органах начинаются, строго говоря, с выбора подходящего органа: он должен быть сравнительно легкодоступен, содержать рецепторы, специфические для данного пептида, и обладать четко выраженной биологической реакцией на этот пептид. При этом реакция выбранного изолированного органа может иметь весьма слабое отношение к основной реакции организма в целом на рассматриваемый пептидный биорегулятор.
      Так, например, классическим объектом для биологического тестирования аналогов уже хорошо знакомого ангиотензина является полоска стенки желудка кролика, которая, если ее поместить в специальный раствор, исправно сокращается при введении в раствор ангиотензина, хотя для главного действия ангиотензина в организме, регуляции давления крови, подобное сокращение вроде бы и ни к чему. Тем не менее в данном случае характерным для ангиотензина биологическим эффектом считается именно сокращение (то есть уменьшение относительной длины) полоски желудка, причем, что важно, не только величина сокращения, но и динамика изменения этой величины; как мы уже знаем, с увеличением дозы пептида любая биологическая реакция возрастает вплоть до уровня насыщения.
      Так вот, тестирование на изолированном органе — полоске желудка кролика — в том и состоит, что для различных постепенно увеличивающихся доз пептидного биорегулятора измеряются и фиксируются соответствующие величины сокращений. В конце концов, когда дальнейшее сокращение органа уже невозможно, в руках исследователей остается как бы «протокол» эксперимента — кривая роста величины сокращения, которую обычно удается представить функцией двух параметров: уровня насыщения («потолка») кривой и скорости ее роста. Первый из этих параметров связывают с эффективностью активации рецепторов, второй — со способностью пептида образовать с рецептором комплекс. Тем самым и получаются требуемые дифференцированные оценки активности пептида.
      Описанные кривые зависимости величины биологической реакции от дозы испытуемого вещества можно, конечно, попытаться получить и в экспериментах in vivo на животных в целом (кстати, тестирование на изолированных органах часто называют опытами in vitro — дословно «в стекле», имея в виду в пробирке, в колбе). Но это редко удается сделать, хотя бы из-за упоминавшейся гибели крыс, так и не испытавших максимально возможного предела повышения давления крови. А изолированный орган в этом смысле намного удобнее: уровень насыщения реакции достигается практически всегда, после чего достаточно как следует промыть ту же полоску желудка в физиологическом растворе, и, освобожденная от действия вещества, вызывающего сокращение, она вновь расслабится и будет готова к новому эксперименту.
      Стандартная процедура тестирования аналогов это и предусматривает: вначале строится «калибровочная» кривая для природного биорегулятора, а затем орган отмывается, и получают кривую такого же типа, но уже для аналога, и,’ сопоставляя уровни насыщения и скорости роста обеих кривых, делают выводы относительно способности аналога к комплексообразованию и активации специфических рецепторов.
      Эксперименты in vitro хороши еще и тем, что уровень активности ферментов в изолированных органах существенно ниже, чем в организме, и значит, можно практически не учитывать в построении моделей биологического действия пептидов то обстоятельство, что в ситуации in vivo до рецепторов добирается лишь часть молекул биорегулятора, не съеденная ферментами, причем какая это часть — заранее неизвестно. Кроме того, тестирование на изолированных органах позволяет довольно детально изучить различные стороны очень важного явления в молекулярном мире пептидных биорегуляторов (и не только пептидных), называемого антагонизмом.
      В наши дни уже трудно найти человека, достигшего совершеннолетия, ни разу не услыхав об антагонистических и неантагонистических противоречиях, которые и есть, как учит философия, двигатель всякого прогресса. Поэтому остается лишь напомнить, что это слово происходит от греческого «антагонистес», означающего «противник, соперник», и для наших целей можно считать, что
      агонист — это что-то (или кто-то), действующее (действующий) в направлении достижения какой-то цели, а антагонист, наоборот, что-то противодействующее агонисту. Например, бог является агонистом добра, а дьявол, наоборот, его антагонистом; то же самое, впрочем, можно сказать и по-другому: дьявол — агонист зла, а бог — его антагонист.
      Любой из нас наверняка не раз встречался на своем жизненном пути с антагонистами различного рода: от одноклассника, вежливо предлагающего выйти и честно и содержательно обсудить некоторые разногласия, возникшие между вами в ходе вечера на дискотеке, до сослуживца, который, как оказалось, несколько лет исподтишка задерживал ваше продвижение по службе, запугивая профсоюзную организацию рассказами о вашей мнимой моральной. неустойчивости. Классификацию таких антагонистов желающие могут провести сами на примерах, заимствованных из художественной литературы, причем примеров наверняка будет более чем достаточно, а классификация получится неоднозначной. В то же время интересующие нас в данный момент типы антагонистов пептидных биорегуляторов поддаются сравнительно строгой классификации, что стало возможно как раз благодаря развитию методов биологического тестирования.
      Дело в том, что после добавления некоторого количества вещества-антагониста в раствор, омывающий изолированный орган (при этом на первый взгляд ничего не происходит — ведь антагонист в отличие от агониста не вызывает исследуемую биологическую реакцию), кривые зависимости уровня реакции от дозы вещества-агониста изменяются, причем изменяются по-разному, что и позволяет классифицировать антагонисты по способу их действия.
      Ведь противодействовать развитию биологической реакции можно также по-разному. Можно, скажем, активировать какой-нибудь совсем другой тип рецепторов и инициировать биохимическую цепочку, которая в результате приведет к расслаблению, а не к сокращению избранной нами в качестве примера полоски желудка. Или можно образовать комплекс антагониста с тем же рецептором, не мешая образованию комплекса агонист — рецептор, но лишив рецептор способности к активации. И, наконец, можно попросту занять на поверхности рецептора место, предназначенное для агониста, и не давать ему соединиться с рецептором, и, следовательно,
      блокировать тем самым биологический эффект агониста.
      Этот последний и наиболее зловредный (поскольку он использует известный принцип «собаки на сене») вид антагонизма называется конкурентным, а любой из остальных, соответственно, неконкурентным антагони з-мом. И хоть такое название несет отчетливый отрицательный эмоциональный оттенок, свойственный роду человеческому (кому приятно обнаружить на своем законном месте конкурента, да еще и бездействующего), вещества — конкурентные антагонисты пептидных биорегуляторов сами по себе могут быть очень даже полезными и также являются объектами интенсивного драг-дизайна. Ведь если ангиотензин повышает давление крови, то его конкурентные антагонисты должны блокировать этот эффект, действуя к тому же в тех же местах, что и сам ангиотензин: иными словами, такие вещества могут стать основой для антигипертензивных лекарств с точно известной областью применения. И это только один пример потенциальных лекарственных препаратов, возможное значение которых, если их удастся найти и получить, попросту трудно переоценить.
      Исследование агонистических и антагонистических свойств аналогов пептидных биорегуляторов in vitro не исчерпывается опытами с изолированными органами: здесь, как, впрочем, и всюду в современной биологии, развитие идет в глубь проблемы, что в данном случае означает дальнейшее «сближение» изучаемого пептида и рецептора. К настоящему времени экспериментаторы в состоянии, например, проследить за связыванием молекул пептида с мембранами отдельных клеток; при таком подходе факторы, влияющие на комплексообразование молекулы биорегулятора с рецептором, оцениваются не путем измерения биологической реакции, а более непосредственным образом, и «искажения информации», неизбежно возникающие на пути «от рецептора до эффекта», оказываются доведенными почти до нуля.
      Следующим шагом, по-видимому, станет извлечение из клеточных мембран собственно рецепторов и анализ процесса их связывания с пептидами в наиболее «чистом» виде, что будет, несомненно, новым успехом в раскрытии тайн биохимической регуляции и очередным (в который уже раз!) триумфом биологической науки. И тем не менее все еще находятся люди, не приходящие в восторг от этих грандиозных перспектив развития пептидно-молекулярно-биологических исследований. Как ни странно, но к их числу относятся и некоторые биологи, активно работающие именно в области драг-дизайна.
      Выше уже столько говорилось о необходимости самых что ни на есть фундаментальных исследований молекулярных механизмов действия пептидных биорегуляторов для создания прочных основ драг-дизайна, что проще всего было бы заклеймить упомянутых биологов как ретроградов и постараться не обращать внимания на их глубоко реакционные убеждения. Беда, однако, в том, что доводы этих потенциальных ретроградов кажутся вполне разумными не только на первый, но иногда даже и на второй взгляд. Подобные доводы сводятся к следующим утверждениям: молекулы, рецепторы,- клетки — все это хорошо. Но ведь одно дело — отдельный акт объединения молекулы ангиотензина с ее рецептором, рассматриваемый сам по себе, и совсем другое — изменение давления крови in vivo, то есть сложный процесс, зависящий от множества факторов, действующих в целостном организме. И поэтому эффект сокращения, например, полоски желудка под действием какого-то аналога ангиотензина вовсе не гарантирует, что этот же аналог будет влиять на уровень давления крови.
      Как видите, рассуждения вполне правдоподобны. Мало того, экспериментальная практика биологического тестирования пептидных аналогов зачастую подтверждает изложенные соображения: действительно, четко выраженная корреляция между уровнем активности аналогов на изолированном органе (а тем более — способностью аналога к связыванию с рецепторами) и активностью in vivo — явление редкое. И все же в данном случае правдоподобие — лишь подобие правды. Да, пептид, образовавший комплекс со специфическим рецептором, не всегда способен вызвать желаемый биологический эффект (вспомним о конкурентных антагонистах). Но возникновение биологического эффекта невозможно без создания прочного комплекса пептид — рецептор. То есть акт комплексообразования молекул пептида и рецептора является, как сказали бы математики, необходимым (но еще недостаточным) условием проявления биологической реакции. Поэтому мимо этапа взаимодействия пептида с рецепторами пройти никак не удастся, и одно это обстоятельство заведомо оправдывает переход от «организменно-го» к «молекулярному» рассмотрению излагаемых проблем.
     
      Глава 5. КЛЮЧИ К РЕЦЕПТОРАМ
     
      Школьная поговорка утверждает, что повторение — мать учения; так что на всякий случай еще раз поясним: главной целью предыдущей главы было создание впечатления ощрезвычайной важности молекулярного акта взаимодействия пептидного биорегулятора с рецептором и о необходимости точного соответствия — комплементарности — между ключом-пептидом и замком-рецептором. Кроме того, была сделана робкая попытка намекнуть, что о рецепторах пептидных биорегуляторов науке известно, увы, очень и очень немного.
      А это, в свою очередь, означает, что основное условие успешного осуществления направленного поиска биологически эффективных аналогов природных пептидов — как можно более точный подбор комплементарных друг другу рецептора и биорегулятора — можно на сегодняшний день соблюдать, действуя лишь «с точки зрения» пептида, поскольку надеяться на скорое получение надежной и детальной информации о молекулярном строении рецепторов пока не приходится.
      Тем самым драг-дизайнеры пептидов оказываются в ситуации, весьма близкой к положению слесаря, которому предстоит подобрать ключ к замку неизвестной конструкции. (Сравнение с взломщиком, пусть даже высшей квалификации — «медвежатником», мы с негодованием отметаем, а вот причастностью к слесарной специальности
      молекулярные биологи в последнее время стали даже гордиться. Во всяком случае, совсем недавно один из иногородних коллег автора рассказывал, что, так как его главный шеф, заведующий лабораторией имярек, называет себя генным инженером, то его непосредственный руководитель может смело считаться генным техником, а сам он — генным слесарем...) Вообще всю историю пептидного драг-дизайна, насчитывающую уже три десятилетия, позволительно, по-видимому, изложить как историю подбора молекул пептидов, воздействующих на спе-пифические рецепторы: подбора со все усложняющимися требованиями, с использованием самых разных методических приемов, и так далее и тому подобное.
      Именно изложением такого рода истории мы и намерены заняться, предварив, однако, последующие абзацы двумя замечаниями. Во-первых, строго исторический порядок описания фактов и теорий, характеризующих представления о взаимодействии пептидных молекул с рецепторами, отнюдь не гарантируется; напротив, мы постараемся руководствоваться скорее идейной, чем исторической, последовательностью их развития. И, во-вторых, автор не в состоянии обещать также полной объективности при пересказе и особенно комментировании проблем, которые будут обсуждаться ниже, поскольку часть из них прямо затрагивает его непосредственную деятельность, и, следовательно, на этих страницах будет представлена (о чем читатель уже предупреждался) его сугубо личная точка зрения. Сознавая этот неизбежный недостаток, автор надеется, впрочем, компенсировать его за счет введения читателя в курс сиюминутных (а не позавчерашних) забот драг-дизайна пептидных биорегуляторов.
     
      СЛОЖНАЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТЬ
      Конечно, обязанности молекулярного слесаря, подбирающего ключи к рецепторам пептидов, вовсе не должны быть связаны с напильниками, электродрелями или фрезерными станками — все это лишь более или менее подходящая к случаю шутливая метафора.
      Но между тем и настоящий слесарь в наши дни должен быть готов к использованию совсем других инструментов, поскольку конструкции тех же дверных замков постепенно становятся весьма экзотичными. Так, лет десять назад в США запатентован электронный замок, реа-
      гирующий на «ключевое» слово, произносимое владельцем квартиры (оказывается, тембр человеческого голоса индивидуален в такой же степени, как и отпечатки пальцев). И хоть самой идее уже более тысячелетия — вспомним знаменитое «Сезам, откройся!» — ее реализация остается чрезвычайно эффектной: ведь что ни говорите, а открыть дверь с помощью едва заметных колебаний воздуха, переносящих совсем уж нематериальное понятие — воспринимаемую замком информацию, — нет, это впечатляет (до тех пор, разумеется, пока не войдет в привычку и станет обыденным).
      Итак, именно информация сыграла в данном случае роль ключа, открывшего замок. Впрочем, термин «информация» настолько широк, что можно без опасений причислить к обусловленным ею процессам и отпирание обычного типового замка стандартным ключом: здесь, как легко понять, также происходит передача информации о взаимной комплементарности ключа и замка.
      Обмен информацией вообще происходит при любых взаимодействиях: от классического столкновения бильярдных шаров, которые при всей хрестоматийной упругости рассеяния все же успевают передать друг другу сведения о необходимом взаимном изменении импульсов, до торжественных проводов на пенсию ветерана труда, когда сослуживцы, искренне взволнованные этим событием, впервые рассказывают виновнику торжества о том, как именно они его ценили и уважали.
      Причем, что вполне естественно, обмен и передача информации являются главным способом регулирования во всякой мало-мальски сложной системе: ясно, что если бы не происходила передача информации от одной ее части к другой, система в целом не смогла бы не то что успешно функционировать, но и просто существовать. А поскольку мы уже твердо усвоили, что в окружающем нас мире нет системы сложнее, чем организм (то есть чем мы сами), очевидным должен быть вывод об особой важности процесса обмена и передачи информации в живой биологической системе.
      Намек на подобный вывод содержался, между прочим, еще в той главе, где говорилось о происхождении пептидов. В самом деле, ведь появление в организме, например, того же ангиотензина означает одновременное появление информации, которую можно было бы выразить словами предписания «повысить давление крови». Это основная
      биологическая функция ангиотензина, и организм передает связанное с ней молекулярное предписание в виде аминокислотной последовательности пептида: сентенция «повысить давление крови» на аминокислотном языке выглядит как слово «DRVYIHPF». А это слово, в свою очередь, еще раньше было записано на нуклеотидном языке в последовательности нуклеиновой кислоты, по инструкции которой организм синтезировал белок — предшественник ангиотензина. Таким образом, как мы видим, сообщение с одним и тем же смыслом, но в разных формах записи может передаваться в организме с одного уровня на другой, и именно этот процесс передачи биологической информации есть основа регуляции жизнедеятельности.
      Заметим, что для эффективной регуляции недостаточно иметь сообщение, оформленное надлежащим образом: нужно еще и уметь его прочесть. В нашем случае, когда регуляция осуществляется с помощью комплексообразования пептидного биорегулятора с рецептором, роль сообщения выполняет пептид, а функции чтеца — рецептор. И пусть нам неизвестно, каким способом рецептор прочитывает содержание пептидного послания, мы можем быть уверены, что он прочтет его абсолютно правильно.
      (Вот так же старый волшебник Мерлин, хоть и был потрясен наглостью предприимчивого Янки при дворе короля Артура, но не сомневался ни на миг, что тот абсолютно правильно произнес имя злого духа, заколдовавшего источник в Долине Святости (имя было БДВДЖДЖИЛИГКК; не правда ли, немного похоже на DRVYIHPF?), и даже говорил впоследствии, что и родная мать духа не смогла бы произнести это имя лучше.
      А вот как должно быть составлено послание для того, чтобы оно содержало столько информации, сколько нужно рецептору для безошибочного его прочтения, — это уже зависит от тех, кто его пишет, связывая в слова отдельные буквы аминокислотного алфавита. При этом имеются в виду не сами живые организмы, синтезирующие природные пептидные биорегуляторы, в «текстах» (то бишь аминокислотных последовательностях) которых наверняка содержится вся требуемая информация — это гарантировано длительным эволюционным отбором, — а химики-синтетики, занятые созданием эффективных аналогов таких биорегуляторов.
      Здесь полезно вновь вспомнить, что еще до наступле-
      ния времени, которое можно было бы считать эрой планомерного драг-дизайна пептидов (то есть до начала 60-х годов), химики успели синтезировать и подвергнуть биологическому тестированию довольно большое количество аналогов и фрагментов последовательностей ангиотензина, брадикинина, окситоцина и вазопрессина, адренокортикотроппого гормона (АКТГ — вещество, регулирующее деятельность надпочечников) и других пептидов. Было накоплено множество данных о биологической активности этих соединений, данных в высшей степени отрывочных и зачастую противоречивых, но тем не менее уже тогда начали прослеживаться некоторые закономерности распределения информации по длине аминокислотных цепочек пептидных биорегуляторов.
      Наиболее важную из них впервые сформулировал, по-видимому, американский ученый К. Гофман. Он постулировал наличие в молекулах различных пептидов так называемых «активных центров» — небольших фрагментов пептидной цепи, которые сами по себе еще сохраняли специфическую активность, характерную для полной молекулы биорегулятора; правда, дозы «активных центров» на несколько порядков должны были превышать дозы, обычные для полных последовательностей.
      Обнаружение «активных» участков аминокислотных последовательностей природных пептидов явилось в полном смысле слова революционным открытием. Прежде всего это событие означало появление надежды на реальное облегчение участи пептидных драг-дизайнов в чисто практическом отношении: ведь гораздо легче синтезировать, например, цепочку из четырех аминокислот WMDF, действие которой полностью аналогично действию 17-члеииой молекулы гастрина (регулятор кислотности желудка), чем молекулу гастрина целиком. Но, главное, впервые было доказано, что для «понимания» пептидного текста рецептору не нужна вся информация, закодированная в аминокислотной последовательности биорегулятора — он способен «улавливать смысл» пептидных «слов» по отдельным их фрагментам.
      Надо сказать, что аналогичный феномен давно и хорошо известен в обычной, не «пептидной» лингвистике. Любой жаргон, например, весьма широко использует сокращения слов лишь с незначительным ущербом для их смысла: все мы говорили в детстве (а иногда и сейчас) «телек» и «велик», пмея в виду телевизор и велосипед. Благодатное поле для сравнения представляют собой так-
      же всевозможные канцелярские выдумки: от Минтяж-прома до Гипробиосинтеза. Но наиболее ярким примером является, наверное, литературная форма, издавна существующая в изысканной испанской поэзии: концевые
      слова строк не дописываются до завершения, но так, чтобы уцелевшие обрывки обеспечивали четкую рифмовку и тем самым жесткую конструкцию строфы. Вот так описывает, скажем, знаменитый кубинский поэт Н. Гильен свое посещение столицы Уругвая Монтевидео:
      Покидая Уругва-я дотла сгораю в пла-хоть подушку и крова-я слезами устила-Говорю я всем вокру-что на свете нет симпа-и надежнее, чем дру-из испытанной компа-
      Всего в стихотворении 40 строк, и, откровенно говоря, хочется цитировать их до конца — настолько они изящны и своеобразны. Но, к сожалению, в данный момент нас занимают не литературные красоты, а всего-навсего то обстоятельство, что, несмотря на усечение слов, нам полностью понятны эти «дру-», «пла-» и даже «сим-па-»: так же, как соответствующим рецепторам понятно, что WMDF означает на самом деле QGPWLEEEEE-AYWMDF (гастрин), a VYIHPF - DRVYIHPF (ангиотензин). С нами все ясно — мы просто домысливаем обрывок слова до полного, пользуясь своим богатым воображением, а вот как такое «домысливание» удается рецепторам?
      Очевидно, «активные центры» сообщают рецепторам какую-то наиболее существенную часть информации, содержащейся в полной молекуле пептида, причем такую, которая была бы достаточной для того, чтобы рецептор, выражаясь в соответствии с новым литературным термином, оказался задействованным. Специалисты по теории передачи информации в сложных системах называют совокупность основных деталей информации, достаточную для понимания ее общего характера, сигнатурой (от ла-тинского «signatura» — знак, отметка, то, благодаря чему можно отличить один объект от другого); американец Г. Кастлер распространил это название и на «активные центра» пептидов, полагая, что они-то и есть сигнатуры биорегуляторов.
      При этом подразумевалось не просто терминологическое усовершенствование введенного К. Гофманом понятия «активный центр»: нет, имелось в виду в первую очередь проложить дорогу активному внедрению методов теории информации в исследование проблем пентид-ре-цепторных взаимодействий.
      А между тем количество подобных проблем все возрастало: химики продолжали работать и создавать все новые аналоги с самыми различными, порой весьма неожиданными свойствами, что, в свою очередь, влекло за собой очередные, все более сложные предположения о характере взаимодействия пептидов и рецепторов. Так, выяснилось, например, что даже в пределах «активного центра» отдельные буквы-аминокислоты не равнозначны: замена, например, буквы F в «слове» VYIHPF («активный центр» ангиотензина) на какую-либо другую полностью лишает фрагмент активности, превращая его в конкурентный ингибитор природного пептида, а замены V на L или V на I на активность практически не влияют.
      Наблюдались также случаи резких изменений активности пептидов в результате замен аминокислот, не входящих в состав их сигнатур — «активных центров». Да и сами изменения активности бывали обусловлены неодинаковыми причинами: удавалось различить, например,
      падение активности, вызванное невозможностью комплек-сообразования с рецепторами, от такого же падения, обусловленного прекращением активации рецептора.
      Короче говоря, появилась насущная потребность в исследовании структурно-функциональной организации молекул пептидных биорегуляторов, то есть в определении роли каждой отдельно взятой аминокислоты пептидной цепи в проявлении биологических свойств этих соединений. Исследования подобного рода не замедлили появиться (речь идет о конце 60-х годов), и мы прокомментируем их основные принципы на примере направления, в котором методы теории информации использовались наиболее явно. Это направление связано с именем советского пептидного химика, ныне академика АН Латвийской ССР, а тогда молодого еще кандидата наук Г. Чипенса.
      (Стоит, по-видимому, заметить, что, помимо долголетнего сотрудничества с Г. Чипенсом, а в последние годы и работы под его непосредственным руководством, автора связывают с ним и неизменно теплые личные отношения. Тем пе менее выбор описываемых теоретических концепций в качестве материала дальнейшего изложения вовсе пе зависит от этого обстоятельства: пройти мимо них попросту невозможно, поскольку такие работы в свое время знаменовали собой важный этап развития изучения структурно-функциональной организации пептидов и их достоинства и недостатки весьма типичны для этого этапа.)
      Сохранив кастлеровское понятие «сигнатура молекулы», Г. Чипенс с сотрудниками существенно уточнили его и в какой-то степени изменили его смысл. Теперь под словом «сигнатура» подразумевалась уже не совокупность нескольких аминокислот, образующая «активный центр» пептидной молекулы, а та существенно важная для данного типа взаимодействия информация, которую пептид передает рецептору: при этом собственно аминокислоты играют роль материальных носителей сигнатуры.
      Следующим шагом было предположение, что молеку-ла пептидного биорегулятора для проявления активности должна обладать по крайней мере тремя типами сигнатур, соответственно трем основным моментам пептид-ре-цепторного взаимодействия: узнаванию пептидом «своего» рецептора, их комплексообразованию и последующей активации рецептора.
      Большинство аминокислот в пептидных молекулах являются в соответствии с этим предположением носителями сигнатур того или иного типа, то есть «отвечают» за обеспечение того или иного этапа взаимодействия пептида с рецептором, но вовсе необязательно по отдельности: вполне возможно, что одна и та же аминокислота обладает одновременно двумя или тремя типами сигнатур. Создатели описываемой теории приводили в связи с этим такой образный пример: если бы можно было нанести на молекулу три основных цветовых тона — красный, синий и желтый, — каждый из которых символизировал бы сигнатуру одного из трех типов, то молекула оказалась бы раскрашенной в самые различные цвета, причем чисто красных, синих или желтых участков практически не было бы.
      Теперь с позиции новой, сигнатурной концепции целый ряд экспериментальных фактов стало возможно более или менее четко классифицировать. Так, например, превращение аналога из агониста в конкретного антагониста связано, по-видимому, с тем, что аминокислотные замены привели к подавлению сигнатуры, отвечающей за активацию рецептора, в то время как сигнатуры узнавания и комплексообразования практически не изменились.
      Зато «активный центр» молекулы скорее всего обладает всеми тремя типами сигнатур. Если же замена аминокислоты вне «активного центра» вызывает падение активности аналога, то и эта аминокислота наверняка вносит свой вклад в одну из сигнатур; а если, наоборот, активность сохраняется, значит, эта замена не затрагивает сигнатуру пептидного биорегулятора. Для иллюстрации сказанного в более привычных терминах вернемся вновь к «грамматической» параллели между словами и пептидными последовательностями на примере широко распространенного названия фирменных магазинов «Березка».
      Разные части этого слова несут, вообще говоря, различные сигнатуры: все зависит от того, с какой точки зрения его рассматривать. Значение имеет даже способ написания букв: тот факт, что первая буква является прописной и слово заключено в кавычки, уже определяет собой первую из возможных сигнатур — сразу становится ясно, что «Березка» в данном случае не та, которая стоит в поле, а имя собственное.
      Смысловые же сигнатуры разных фрагментов самого по себе слова «березка» также неодинаковы. Разобьем, как учили нас в школе, это слово на составные элементы: берез-к-а, то есть: корень — суффикс — окончание. Ясно, что основная смысловая нагрузка приходится на корень «берез»: и могучая береза, и гриб подберезовик, и минеральная вода «Березовская», и молодая рощица-березняк — ни одно слово этого семейства не может обойтись без сохранения корня в неизменном виде, благодаря чему сразу возникает ассоциация со знакомым каждому с детства белоствольным деревом.
      Такую реакцию, иногда бессознательную, вызываемую буквосочетанием «берез», вполне можно сопоставить с биологической реакцией на воздействие «активного центра» пептидной молекулы, а сам «активный центр», несущий основные и необходимые для взаимодействия с рецептором типы сигнатур, — с корнем слова. Суффикс и окончание (а также приставки) связаны с сигнатурами иного рода: они легко поддаются варьированию, и именно от них зависит отнесение слова к той или иной части речи, определение его рода, падежа и тому подобное, то есть формальные признаки грамматического описания. (Однако в этих частях слова заключены элементы не
      только «формальной», но и «смысловой» сигнатуры — сравните хотя бы березу, березку и березоньку, — что опять-таки находит аналогию в пептидных текстах, где один и тот же аминокислотный остаток может участвовать в формировании разных сигнатур пептида.)
      Корень слова, разумеется, способен изменяться без существенного искажения смысла (или, иначе говоря, сигнатуры) в гораздо меньшей степени, чем суффиксы или окончания, но и здесь не все буквы (или звуки) являются равноценными. Любой человек, владеющий русским языком, без труда поймет происхождение белорусского слова «бяроза», а может быть, даже и латышского «берзс», хотя замена букв или даже изъятие одной из них произошла как раз в коренной части слова.
      В то же время если подвергнуть заменам не гласные, а согласные корня «берез» (игнорируя при этом различие между «е» и «ё»), легко получить слова с совершенно иным смыслом: «берега» из «береза» и «железняк» из «березняк». Следовательно, согласные более важны для передачи смысловой сигнатуры слова, чем гласные; точно так же и буква-аминокислота F в уже знакомом нам слове VYIPHF («активный центр» ангиотензина) гораздо важнее для сигнатуры активации рецептора, чем все остальные аминокислоты «активного центра».
      (Между прочим, факт гораздо большей информативности согласных звуков с точки зрения передачи смысла словесного сообщения был подмечен еще древними п использован при создании ряда алфавитов: например, в арабской и древнееврейской письменности употребляются лишь буквы, передающие согласные; гласные звуки указываются, да и то не всегда, весьма неопределенными фонетическими значками.)
      Несмотря на кажущуюся абстрактность изложенных выше пептидно-грамматических рассуждений, а следовательно, и теории сигнатур пептидных биорегуляторов, которую эти рассуждения были призваны пояснить, основным достоинством названной теории является возможность ее непосредственного применения к практике драг-дизайна. В самом деле, ведь главный ее вывод можно сформулировать так: для того, чтобы пептид проявлял определенную биологическую активность, важна не его структура (то есть не аминокислотная последовательность), а набор его сигнатур. Это означает, что цепочка аминокислот аналога может отличаться от последовательности природного пептида весьма существенно, но, если аминокислотные замены не будут нарушать сигнатуры, активность аналога сохранится такой же, как и у исходной молекулы биорегулятора.
      Иными словами, воспроизвести действие природного пептида можно, заменяя его аминокислоты на равнозначные — в смысле сохранения сигнатуры. И наоборот: производя замены, явно изменяющие сигнатуру молекулы, можно направленно получить аналог с совершенно иными биологическими свойствами (например, осуществить переход от агониста к антагонисту или заставить аналог проявить селективность действия — взаимодействовать не со всеми возможными типами «своих» рецепторов, а лишь с некоторыми). Естественно, что для этого важно знать, какие аминокислоты можно считать несущими неразличимые или хотя бы сходные сигнатуры (разумеется, в рамках взаимодействия с данным сортом рецепторов), а какие, напротив, нельзя считать, как говорят, экви-функциональными.
      Короче говоря, с введением понятия «сигнатура» исследователи получили возможность гораздо более четко выразить мысль о том, что самое главное для проявления желаемого биологического действия конструируемого аналога — это как можно более точно выяснить, что же именно «сообщает» природный пептид своему рецептору при их взаимодействии. То есть важнее всего оказывается понимание «смысла» передаваемой пептидом информации: если удастся правильно усвоить содержание такой информации и следовать ей при конструировании аналога — - успех почти наверняка обеспечен.
      Но тут-то и таится подвох: тот, кто самонадеянно сочтет, что смысл «сообщения» понят им полностью и однозначно, в конечном счете неизбежно потерпит поражение. Сходная история произошла, как известно, с захватившим королевский престол Макбетом: получив недву-
      смысленное, казалось бы, сообщение трех ведьм о том, что он останется королем до тех пор, пока Бирнамский лес не двинется на его замок Дунсинан, узурпатор был уверен в своей удаче и понял ошибку, только увидев, как воины его противника Макдуфа идут на Дунсинан в атаку, прикрываясь срубленными деревцами Бирнамского леса. А ведь на сегодняшний день ситуация такова, что смысл предсказаний ведьм в «Макбете» куда как более понятен читателям, зрителям и даже героям трагедии, чем те таинственные «послания», которые пептид передает рецептору — самым изощренным из современных драг-дизайнеров.
     
      СУДЬБЫ «ЛИНЕЙНЫХ» ТЕОРИЙ
      Итак, общее направление, в котором следует двигаться при осознанном конструировании пептидных аналогов, вроде бы проясняется: нужно стараться сохранить присущую природным пептидам сигнатуру, определяющую их взаимодействие с рецепторами. Остается загадкой, правда, как ухитриться это сделать: как придать конкретное химическое содержание несколько отвлеченному понятию «сигнатура». В конце предыдущего раздела, впрочем, промелькнула совершенно конкретная и приветствуемая
      любым химиком мысль, что, какой бы ни была сигнатура пептид-рецепторного взаимодействия, ее не испортишь, заменив любой аминокислотный остаток в цепи на другой, способный выполнить те же функции при взаимодействии с рецептором. А для этой цели, естественно, больше всего подходят аминокислоты, сходные между собой по каким-то параметрам.
      Здесь уместно отметить, что идея о сходстве заменяемых аминокислот как основе рационального поиска эффективных аналогов пептидов появилась задолго до возникновения представления о сигнатурах и продолжает оставаться актуальной и сегодня. При этом критериями сходства пары аминокислот обычно служили величины, характеризующие их индивидуальные физические и химические свойства: объем молекулы аминокислоты, степень ее полярности, численное значение электрического заряда и тому подобное. Была предложена не одна теория, пытающаяся провести четкую корреляционную зависимость между величиной активности аналога и изменением каких-либо его параметров — тех же объема, полярности или заряда — в результате замены одной аминокислоты на другую. На базе этих теорий делались предсказания потенциально активных аналогов, которые иногда оправдывались, но гораздо чаще оказывались несостоятельными.
      И в наши дни в научной литературе нет-нет и встретишь подобные теоретические модели связи между аминокислотной последовательностью пептида и его активностью, но все реже и реже. Причина снижения интереса к теориям такого рода проста: все больше исследователей, особенно среди химиков, начинают осознавать, пусть даже и пользуясь иной терминологией, что если биологическое действие любого пептидного биорегулятора определяется его сигнатурой, следовательно, оно зависит не только от пептида, но и от рецептора.
      Значит, общие закономерности проявления функциональной активности невозможно тщательно изучить, основываясь только на сведениях о молекуле пептида. Поэтому совершенно необходимо в каждом отдельном случае создавать детальную модель взаимодействия конкретного пептида с конкретным рецептором и развивать дизайн новых пептидных аналогов в соответствии с последовательными этапами уточнения такой модели.
      В глазах специалиста завершающая сентенция предыдущего абзаца предстает мрачной и малоперспективной, что, вообще говоря, не слишком хорошо для литературного жанра, в котором наука должна бы быть изображена со своей парадной и ухоженной стороны, а все глухие закоулки и пыльные тупики ее величественного здания лучше не вытаскивать на свет божий.
      Действительно, общий вывод как-то не вдохновляет: вместо четких и, главное, универсальных выводов, объясняющих во всех деталях причины биологического действия пептидов вообще, нужно, оказывается, долго и нудно исследовать данный акт взаимодействия пептида и рецептора, да еще и в тех условиях, когда отсутствуют сведения о строении рецептора.
      Между тем психология человека (в том числе и научного работника) такова, что хочется установить некие закономерности, пригодные на все случаи жизни и, по возможности, не нуждающиеся в дальнейших уточнениях. И нельзя сказать, чтобы подобные закономерности вовсе отсутствовали в рассматриваемой нами области исследований структурно-функциональной организации молекул пептидных биорегуляторов: уже сам по себе принцип «не структура, а сигнатура» есть положение вполне универсальное, и если предположить вдобавок, в чем именно выражается тот или иной тип сигнатуры при данном пептид-рецепторном взаимодействии, можно надеяться на получение полезных практических результатов.
      Так, например, когда Г. Чипенс с сотрудниками добавили к общей сигнатурной концепции некоторые предположения о деталях молекулярного акта взаимодействия ангиотензина с рецепторами, им удалось «сконструировать» аналоги с активностью выше, чему природного пептида (эта работа в 1974 году была отмечена Всесоюзной премией Ленинского комсомола, которой были удостоены А. Павар и П. Романовский). А в качестве дальнейшего шага Г. Чипенс попытался все-таки, несмотря ни на что, установить универсальную закономерность распределения сигнатур различных типов по аминокислотной последовательности молекул пептидных биорегуляторов.
      Попытка эта основывалась на следующих экспериментальных фактах: во-первых, было подмечено, что в последовательностях многих пептидов, состоящих из не слишком большого числа аминокислот, очень часто встречаются сочетания типов RP (или RV) или обратное — PR (VR); гораздо чаще, чем если бы такие аминокислоты оказались рядом чисто случайно. Учитывая, что в
      определенном отношении аминокислоты Р и V можно считать эквифункциональными, был сделан вывод, что в биологически активных пептидах существует «общий фрагмент» — малый участок пептидной цепи, ядром которого является сочетание RP (RV) или обратное ему.
      Во-вторых, «общий фрагмент» располагался в последовательностях многих пептидов непосредственно рядом с «активным центром».
      В-третьих, цепочка аминокислот «общий фрагмент» плюс «активный центр» (или наоборот), как правило, обладала активностью, близкой по величине к активности полной пептидной молекулы, но, как только «общий фрагмент» отделяли от цепочки, оставляя «активный центр» в одиночестве, уровень биологического эффекта резко снижался, хотя и не исчезал вовсе.
      В-четвертых, «общий фрагмент» сам по себе вызывал биологические реакции, характерные для пептидных биорегуляторов чуть ли не всех возможных типов — правда, в таких экспериментах применялись дозы «общего фрагмента», в десятки тысяч раз превышавшие величины, к которым привыкли биологи, тестирующие активность этих же регуляторов.
      И наконец, в-пятых, совместное применение пептидов и «общих фрагментов» (причем последних — в микродозах) несколько усиливало специфическую активность самых разных пептидных веществ.
      В результате обобщения этого экспериментального материала была выдвинута гипотеза, согласно которой «общий фрагмент» объявлялся носителем сигнатуры активации рецепторов всех типов, а «активный центр» — носителем сигнатуры узнавания и комплексообразования пептида с данным типом рецепторов. Применяя использованную авторами предложенной гипотезы терминологию, можно сказать, что «общий фрагмент» представляет собой смысловую («сигнальную») часть пептидного сообщения, а «активный центр» — адресную часть, по которой рецептор узнает, что сообщение направлено ему. (Разумеется, такое описание передает только характеристику гипотезы в целом: детали, и иногда довольно существенные, остались «за кадром».)
      Несколько успешных предсказаний активности пептидных аналогов ангиотензина, брадикинина и еще нескольких биорегуляторов позволили перейти от гипотезы о роли «общего фрагмента» к более или менее законченной теории структурно-функциональной организации пептидов, но эта законченность оказалась, как и следовало ожидать, недолговечной — новые экспериментальные данные настойчиво требовали обратить на них внимание, и первоначальный вариант теории обрушился под их напором.
      Предположение о «сигнальной» роли «общего фрагмента» было поколеблено уже тогда, когда выяснилось, что аминокислотные замены, затрагивающие «общий фрагмент», зачастую сказываются не на возможном уровне активации рецепторов, а на снижении способности пептида к комплексообразованию.
      Наблюдался и другой эффект, противоречащий этому предположению: в молекуле ангиотензина, например (напомним: DRVYIHPF), ядром «общего фрагмента»
      служит сочетание RV; тем не менее аналог GGVYIHPF обладает полной активностью природного пептида, хотя «общий фрагмент» подвергся существенному изменению.
      Более того, мы уже знаем, что замена аминокислоты F в ангиотензине невозможна без практически полной утраты аналогом возможности активировать рецепторы, но прп сохранении свойства комплексообразования; а между тем аминокислота F не входит в состав «общего фрагмента» и находится на противоположном конце пептидной цепи молекул.
      Все перечисленные факты стали известны к середине 70-х годов; все они относятся к свойствам аналогов ангиотензина, то есть как раз к тому семейству пептидов, изучение которого (наряду с другими) послужило основой для создания теории об универсальном «общем фрагменте». Если теперь учесть то обстоятельство, что в ряде биологически активных пептидов — например, в том же энкефалине — «общего фрагмента» вообще нет, приходится признать, что уже через несколько лет после создания следовало считаться с грядущей неизбежностью развития и основательной перестройкой изложенной теории, включая отказ от ее универсальности и пересмотр взглядов на роль «общего фрагмента» в проявлении биологической активности аналогов природных биорегуляторов.
      Такая перестройка действительно произошла, и теория об «универсальном общем фрагменте» изменилась к настоящему времени буквально неузнаваемо, хотя и сейчас есть люди, призывающие к сохранению ее в прежнем виде и находящие, по-видимому, удовольствие в положении описанного С. Маршаком пассажира, который сидит в отцепленном вагоне, уверенный, что поезд мчится вперед. Но хотелось бы привлечь внимание читателей не к этим стойким борцам за уже проигранное дело, а к тому обстоятельству, что неплохо задуманная, основанная на твердо установленных экспериментальных фактах и подкрепленная совершенно справедливыми идейными положениями! теория структурно-функциональной организации молекул биологически активных пептидов оказалась, говоря прямо, пе вполне правойерной.
      И этот исход связан вовсе не с особенностями теории «общего фрагмепта», а является, надо полагать, неизбежным уделом любой гипотезы, которая попытается (или пыталась, или будет пытаться) связать закономерности проявления биологического эффекта пептидов только с расстановкой аминокислот различного типа вдоль пептидной цепи. Примеров, помимо «общего фрагмента», можно было бы привести множество — хотя бы из-за того, что, к сожалению, такие гипотезы продолжают появляться и через год-другой исчезать, сгорая, словно бабочки на огне критических замечаний. Однако преследует их не всемогущий рок, а упорное нежелание замечать одно чрезвычайно важное обстоятельство. Для его пояснения вновь обратимся к процессу передачи биологической информации с помощью пептидных биорегуляторов.
      Да, биологическая информация, о которой идет речь, возникает в организме в виде линейной записи — «строчки» последовательности нуклеотидов. Да, последовательность нуклеотидов «переписывается» затем в аминокислотную (тоже линейную) последовательность пептида, и вся передаваемая информация при этом сохраняется полностью опять-таки в виде линейной записи: поэтому мы и смогли использовать в нашем изложении «грамматическую» аналогию между пептидом как цепочкой аминокислот и словом как цепочкой букв. Однако уже следующий этап передачи информации — от пептида к рецептору — не только не представляет собой очередное переписывание одной линейной записи в другую, но даже и «чтение» рецептором «текста» пептида будет сугубо «нелинейным».
      Дело в том, что молекула пептида — реальная молекула, а не запись на листе бумаги ее химической структуры в виде DRVYIHPF или структурной формулы — является объектом объемным, трехмерным, обладающим определенной формой в пространстве, и эта форма играет определяющую роль при «считывании» рецептором информации, содержащейся в пептиде. Естественно, здесь сопоставления со словесными текстами уже неуместны: от того, записано слово, скажем, прямой или волнистой строкой, его содержательный смысл не изменяется.
      (Впрочем, в конце 60-х годов тогда еще не лауреат Гбсударственной премии поэт А. Вознесенский ратовал за изопы — стихотворения, слова и даже отдельные буквы которых располагались на бумаге особым образом, создавая изображение, иллюстрирующее содержание стихов. Однако этот способ поэтического самовыражения не привился — то ли из-за дороговизны изготовления необходимых типографских клише, то ли из-за закоренелого консерватизма читателей, упорно не желавших отыскивать
      осмысленную цепочку слов в продуманном хаосе изопов, и поэт — надо полагать, с болью в сердце — послушно вернулся к более традиционным формам стихотворной записи, в чем и весьма преуспел впоследствии.)
      Одним словом, линейность аминокислотной последовательности пептида отнюдь не линейна с точки зрения записи информации, необходимой для образования прочного пептид-рецепторного комплекса и, следовательно, возникновения биологического эффекта. И поэтому любые попытки, устанавливающие зависимость между аминокислотной последовательностью и активностью на основе предположения о линейном распределении информации вдоль пептидной цепи, заведомо обречены на то, что не все экспериментальные данные удастся разумно истолковать с их помощью, как было показано выше на примере одной из таких попыток. Таким образом, для целей драг-дизайна прямолинейность пептидной цепочки оказалась вовсе не простой, а очень даже сложной, поскольку рациональный подход к этой проблеме означает переход с «линейного» на «трехмерный» уровень молекулярного конструирования.
     
      ТРЕХМЕРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ
      Если заглянуть в словарь иностранных слов, можно узнать, что топологией называют часть математики, изучающую различные свойства пространственных фигур; если к тому же поговорить с математиками, то обнаружится, что топология XX века — это весьма динамичная и крайне сложная для восприятия наука. Помимо прочих причин, сложность понимания топологических истин обусловлена одним принципиальным ограничением! человеческий мозг не в силах наглядно вообразить себе уже даже четырехмерный объект, а топологи обычно оперируют понятиями многомерного пространства.
      Что получается, когда пытаешься все-таки представить, как может выглядеть фигура в пространстве многих измерений, лучше всего, пожалуй, изображено на рисунках профессионального тополога, доктора физико-математических наук А. Фоменко, которые изредка появляются на страницах научно-популярных журналов: линии, уходящие в никуда, орнаменты поверхностей, изогнутых самым причудливым образом, замкнутые формы, напоминающие валуны на берегах северных морей, со странно ис-
      кажепными и тем не менее гармоничными пропорциями... От этих рисунков веет чем-то неземным, космическим, и кажется, что и впрямь чувствуешь ледяное дыхание самой Топологии, которая, как и вся Математика, все-таки есть, что бы там ни говорили философы, «химера» разума, ее породившего.
      По счастью, нас не должна устрашать перспектива вообразить непредставимое: мы в отличие от математиков находимся во вполне реальном мире биологических молекул пептидной природы, которые, как и подавляющее большинство физических объектов, прекрасно чувствуют себя в обычном трехмерном пространстве.
      Следовательно, топология молекул, то есть, в нашем случае, изучение возможного взаимного пространственного расположения различных функциональных групп молекулы, использует всего три измерения, и пространственные формы, образуемые молекулярными цепочками, нетрудно не только представить мысленно, но и воспроизвести «в натуре» с помощью специально выпускаемых моделей молекул или, в худшем случае, просто мягкой проволоки. Так что не существует никаких принципиальных запретов со стороны человеческого мышления на исследования пространственного строения пептидных молекул. Однако, прежде чем приступать к исследованию, неплохо чуть подробнее затронуть вопрос о его целесообразности, то есть о том, зачем нужно знать пространственные формы пептидов с точки зрения драг-дизайна.
      В конце предыдущего раздела уже промелькнуло упоминание о важности именно пространственного, а не линейного строения пептидной молекулы для комплексооб-разования с рецептором. Надо надеяться, что это упоминание не вызвало каких-либо внутренних возражений: ведь если даже не выходить из рамок аналогии ключ — замок, то и тогда ясно, что ключ вовсе не обязан быть непременно плоским и линейным: мало ли мы видели детективных фильмов, где элегантный преступник искусно отпирает сложнейший замок сейфа, демонстрируя изготовленную на наших глазах отмычку из причудливо изогнутой канцелярской скрепки!
      Форма ключа, что вполне очевидно, определяется устройством замка, и нельзя представлять себе ту часть рецептора, которая соединяется с пептидом, неизменно прямой прорезной щелью, где от рецептора к рецептору варьируется лишь глубина прорези на отдельных участках. Даже чисто умозрительно более убедительным будет предположение о том, что «прорезь» на поверхности рецептора, в которую должен быть «вставлен» пептид, может иметь самую различную форму. Благодаря этому, во-первых, один рецептор получает возможность быть отличным от другого, и, во-вторых, те части пептида и рецептора, контакт между которыми приводит к активации последнего, оказываются в непосредственной близости, и молекулярные процессы, вызывающие биологическую реакцию, приводятся в действие.
      Допустим, например, что элемент «рецептора», определяющий специфичность его взаимодействия с «пептидом», — это выемка на внешней поверхности, выполненная в форме равностороннего треугольника с плоским дном и высверленным отверстием вблизи одной из вер-
      шин; допустим также, что в глубине отверстия находится нечто вроде кнопки, нажатие на которую будет означать «запуск» биологического ответа. В таких условиях эффективным станет лишь тот пептид, одна из «граней» которого также имеет вид равностороннего треугольника с соответствующим размером сторон и со шпеньком, расположенным в точном соответствии с отверстием на «рецепторе».
      Ни «круглые», ни «квадратные» пептиды не подойдут в выемки на рецепторе, молекулы с треугольными «гранями» могут быть тоже отвергнуты из-за неподходящего размера сторон или величин углов; наконец, даже если какой-то пептид идеально впишется в выемку своей «гранью», может статься, что желаемый эффект так и не наступит из-за отсутствия на «грани» шпенька в нужном месте (последний вариант, как легко догадаться, соответствует пептиду — конкурентному антагонисту).
      Короче говоря, комплементарность поверхностей пептида и рецептора, от четкого Соблюдения которой зависит эффективность образования пептид-рецепторного комплекса, а следовательно, и проявление биологической активности, осуществляется за счет взаимной подгонки пространственных форм участников обсуждаемого молекулярного акта. Именно поэтому исследование таких форм представляет собой важную задачу пептидного драг-дизайна, ставшую сегодня чрезвычайно актуальной. Но, как мы уже не раз с грустью отмечали, детальное исследование строения рецепторов пептидных биорегуляторов на молекулярном уровне пока недоступно. Значит, тем большее значение приобретает изучение трехмерного строения второго участника пептид-рецепторного взаимодействия — пептидной молекулы: методы и результаты этого изучения как раз и будут составлять основную тему нашего рассказа на протяжении данной главы.
      И начнем мы с самого простого: еще раз перепишем схематическую формулу пептидной цепочки, но уже чуть-чуть по-другому:
      для того, чтобы стало понятней, что центральные атомы углерода (С), расположенные в местах ответвления боковых цепей R от пептидного остова (будем надеяться, что эти термины еще не забыты), обладают, как говорят химики, четырьмя заместителями, причем все заместители у них разные. Действительно, по формуле видно, что каждый такой атом окружен следующими атомами или функциональными группами: амидом NH, боковой цепью R, карбонилом СО и водородным атомом Н — все они присоединены к центральному атому С палочками, символизирующими валентные связи.
      В данный момент нам вполне достаточно представле: ния о молекуле как о системе шариков-атомов, соединенных стерженьками — валентными связями. Хотелось бы лишь напомнить, что валентные связи бывают одинарные, двойные и так далее, от чего зависит прочность стерженьков и еще кое-какие свойства молекул; что длина связей, понимаемая как расстояние между центрами соответствующих атомов, практически не меняется (во всяком случае, в рассматриваемых процессах); и что величины валентных углов, образованных стерженьками-связями, принимают значения (тоже почти постоянные) от прямого до полностью развернутого угла, в зависимости от типа образующих пары связей.
      Вооруженные этими знаниями, вернемся к исходной схематической формуле и попытаемся мысленно расположить перечисленные ранее четыре заместителя вокруг центрального углерода так, чтобы валентные углы между каждой парой валентных связей из четырех, указанных в формуле (всего возможно шесть пар), были примерно равны друг другу.
      С непривычки это абстрактное стереометрическое упражнение может с первого раза и не получиться, так что имеет смысл использовать вполне конкретную подсказку: молочный пакет. Все знакомы с этой четырехгранной пирамидой, каждая грань которой представляет собой равносторонний треугольник, но, возможно, правильное название такой пирамиды — тетраэдр — известно не всем.
      (Заметим в скобках, что изобретение и внедрение в нашу повседневную жизнь тетраэдрического молочного пакета вызвало и продолжает вызывать неоднозначную реакцию потребителей. Одни хвалят пакет за удобство создания плотной упаковки молочной тары при перевозке и решение проблемы сдачи пустых бутылок, другие жлянут его за ненадежность, выливающуюся в буквальном смысле слова в молочные реки. Но есть очень узкая группа потребителей, для которых эффект появления в быту тетраэдрического пакета можно сравнить разве что с манной небесной: это популяризаторы любых научных проблем, связанных с органической химией. В самом деле, тетраэдрическое расположение заместителей вокруг атома углерода есть основа основ многочисленных и чрезвычайно интересных химических явлений, но попробуйте объяснить, что это такое, человеку, не обладающему специальной подготовкой! Здесь необходим простой и удобный пример тетраэдра, но его-то в «допакет-ные» времена и не было. И недаром, наверное, популярные книги на молекулярно-химико-биологические темы стали появляться десятками лишь в последние годы, причем только в немногих из них не фигурирует молочный пакет в качестве модели углеродного атома.)
      Так вот, если поместить центральный атом С в центре пакета-тетраэдра, а четыре заместителя — на четырех вершинах, то соединяющие их валентные связи как раз и разместятся требуемым образом и все шесть валентных углов, имеющих своей вершиной атом С, будут равны между собой. В результате мы получим модель, довольно точно отражающую реальное пространственное строение очень важного узла пептидной цепочки — центрального тетраэдрического (этот термин является совершенно официальным) углеродного атома, соединяющего две плоские пептидные группы CONH. Если теперь, с учетом сказанного, представить себе, что пептидный остов молекулы, представленной пашей схематической формулой, лежит в плоскости книжной страницы (то есть все треугольники NH — С — СО лежат в одной плоскости), то боковые цепи R и атомы водорода Н неизбежно должны выходить из нее, причем по разные стороны: плоскость треугольника R — С — Н всегда перпендикулярна плоскости треугольника NH — С — СО.
      Если уложить треугольник NH — С — СО в плоскость страницы так, чтобы атом углерода находился сверху, то перпендикулярный ему треугольник R — С — Н можно расположить в соответствии с «правилом тетраэдра» двумя эквивалентными способами: атом Н может выступать из плоскости страницы в нашу сторону либо находиться за этой плоскостью. В случае свободных аминокислот такие два варианта пространственного строения (они имеют общее название энантиомеры) выглядят в так называемых ньюменовских проекциях примерно следующим образом:
      здесь центральный атом С не виден, поскольку рассматривается вид аминокислоты «сверху», вдоль связей Н — С или R — С соответственно,, и эти группы заслоняют атом углерода.
      Указанные варианты строения аминокислоты не отличаются друг от друга ни молекулярной массой, ни химическими особенностями, ни затратами энергии, необходимыми для их синтеза, — решительно ничем, кроме малосущественных оптических свойств. И тем более удивителен тот факт, что в живой природе синтезируется исключительно одна из этих пространственных форм, а именно вторая из изображенных, называемая «левой» аминокислотой: ее энантиомер, «правая» аминокислота, хоть и встречается изредка в природных пептидах, но только как результат действия ферментов, меняющих местами группы R и Н уже после включения аминокислоты в пептидную цепь.
      Отмеченному явлению подавляющего преобладания в живых организмах одного из двух возможных энантио-меров молекул (помимо аминокислот, таким же свойством обладают, например, сахара), впервые обнаруженному Л. Пастером и известному как молекулярная асимметрия, посвящено немало чисто научных и научно-популярных сочинений (среди последних автор настоятельно рекомендует читателям книгу доктора биологических наук С. Галактионова «Асимметрия биологических молекул»).
      И понятно почему: это явление не только удивительно само по себе, но и ставит сразу целый ряд вопросов, затрагивающих основы современного естествознания. Дело прежде всего в том, что молекулярную асимметрию в организме действительно невозможно объяснить, исходя только из представлений физики и химии: успешное функционирование в живых системах лишь «левых» аминокислот (или «правых» сахаров) обусловлено именно сложностью этих систем, то есть в конечном счете эволюционным отбором, сугубо биологическим фактором, аналога которому не найти ни в физике, ни в химии.
      А раз так, значит, свойство молекулярной асимметрии есть одно из характернейших свойств живого; можно
      сказать даже, что лишь система, способная различать зеркальные антиподы молекул (представив, что плоскость NH2 — С — СООН зеркальна, легко убедиться, что «правая» аминокислота есть отражение «левой» в этой плоскости), достойна того, чтобы считаться по-настоящему живой.
      Но как в таком случае быть с проблемой возникновения жизни: существующая теория предбиологическои эволюции предусматривает, что начальные элементы живого, в том числе и аминокислоты, могли образоваться сами собой в мелководных лагунах первичного океана при разряде молний в первичной атмосфере Земли, и эксперименты, моделирующие такие «доисторические» условия, оправдывают эту точку зрения. Однако аминокислоты, получающиеся в подобных опытах (как, впрочем, практически в любых химических экспериментах), представляют собой так называемый рацемат, смесь равных количеств «левого» и «правого» изомеров. Чтобы отобрать какой-либо один сорт из этой смеси, необходимо существование молекулярной системы, не менее сложной, чем простейший живой организм. Такая необходимость окончательно замыкает порочный круг типа «для зарождения живого требуется наличие живого», который может быть разорван теперь только за счет дополнительного предположения. Но какого?
      Вот в какие дебри, и вовсе не только биологические, а общефилософские, завело нас упоминание об асимметрии биологических молекул. Но мы не будем погружаться далее в столь высокие материи; подчеркнем лишь еще раз, что молекулярная машина организма использует для своего нормального жизненного цикла энантио-меры строго определенного типа, то есть является, как принято говорить, стереоспецифичной. При этом стерео-специфичным в ней оказывается также и чрезвычайно эффективное воспроизводство энантиомеров. А между тем жесточайшим врагом пептидных химиков (о чем в соответствующем разделе не говорилось) считается высокая степень самопроизвольного перехода тщательно отобранных «левых» энантиомеров аминокислот в их «правую» форму просто как следствие их включения в пептидную цепь.
      Короче говоря, пространственное строение пептидной молекулы играет важную роль для проявления ее биологических функций уже в силу наличия в ней асимметрических центров — атомов углерода, принадлежащих «левым», а не «правым» аминокислотам. Но это не -единственный и даже не самый главный источник «объемности» структуры пептидов: основной вклад в создание пространственной формы молекулы вносит возможность внутримолекулярного вращения отдельных частей моле-кулы друг относительно друга, причем осями вращения могут служить любые одинарные валентные связи.
      Так, вокруг трех валентных связей, исходящих из центрального углеродного атома (NH — С; С — СО и С — R)", также допустимы внутренние вращения; валентные структуры различных типов боковых цепей R, в свою очередь, содержат одинарные связи, и, следовательно, подобные вращения происходят и в боковых цепях. (Формально говоря, вращается и «шарик» атома Н вокруг забытой нами оси С — Н, но понятно, что такое вращение никак не изменяет общую пространственную организацию молекулы.)
      В результате оказывается, что пептидная молекула вовсе не является той жесткой линейной цепочкой, строение которой иллюстрируется схематической формулой, приведенной несколькими страницами ранее; напротив, она должна скорее напоминать «молекулярный шарнир» — механическую систему, способную изгибаться в пространстве самым причудливым образом, образуя разнообразнейшие типы пространственных форм: на профессиональном языке они называются конформациями.
      Таким образом, мало того, что пептид является «объемным» трехмерным объектом, он может еще и существовать в нескольких ипостасях различных пространственных форм-конформаций. От осознания этого факта до гипотезы о том, что именно одна из конформаций (или несколько избранных конформаций) пептидной молекулы, а не ее аминокислотная последовательность, обусловливает комплементарность молекулы специфическому рецептору и, значит, их комплексообразование, — один шаг, и исследователи, сделавшие этот шаг, были щедро вознаграждены за затраченные усилия.
      Действительно, сразу становятся понятными многие экспериментальные факты, необъяснимые в рамках линейной теории. Например, случаи удаления от «активного центра» вдоль пептидной цепи отдельных аминокислотных остатков, несущих сигнатуру активации рецептора: такие остатки вполне могут быть расположены рядом с «активным центром» в пространстве и взаимодействовать с рецептором в том же месте, что и «активный, центр».
      (Кстати, аналогичная ситуация характерна и для многих белков-ферментов. Скажем, в молекуле лизоцима, фермента, расщепляющего сахара определенного сорта, в собственно акте расщепления принимают участие аминокислоты со следующими номерами вдоль цепи: 20 — 23, 28, 34-37, 40-64, 68-75, 98-123.)
      Очевидным делается и представление об эквифунк-циональных аминокислотных заменах, сохраняющих сигнатуру комплексообразования с рецептором: к числу таковых следует теперь относить лишь замены, не меняющие конформационные свойства пептида. Можно было бы привести еще к другие подобные примеры, но все они так или иначе отражают одну и ту же закономерность развития пептидного драг-дизайна: необходимость перехода к исследованию конформационно-функционалъной, а не только структурно-функциональной организации пептидных биорегуляторов.
      Эта закономерность настолько важна, что ее осознание смело можно считать самым значительным достижением в сравнительно недолгой истории драг-дизайна пептидов, причем достижением непреходящим: какие бы факторы ни повлияли в дальнейшем на процесс конструирования будущих фантастически эффективных пеп-тидпых аналогов, требование их пространственной комплементарности специфическому рецептору сохранится. Поэтому вполне естественно будет посвятить следующую главу нашей книги исключительно вопросам, связанным с конформационно-функциональной организацией биорегуляторов пептидной природы.
     
      Глава 6. АТОМЫ В ПРОСТРАНСТВЕ
     
      Принцип- «опрокинутой пирамиды», о котором мы вспоминали в связи с неосуществленным архитектурным замыслом О. Нимейера, проводится нами в жизнь все более неуклонно. Начав с общих определений организма как саморегулирующейся системы, мы дошли до утверждения, что одним из важнейших факторов его регуляции является пространственная комплементарность конформаций пептидов их специфическим рецепторам. Таким образом, мы уже довольно далеко проникли в глубь проблем современной биохимии и биофизики — до того уровня, когда приставку «био-» в этих терминах можно было бы вроде и отбросить: впредь речь пойдет только о тех или иных особенностях взаимодействий молекул определенных типов, а при этом как будто безразлично «биологическое» происхождение таких молекул.
      Однако не будем уподобляться незадачливому герою старинной притчи — каменотесу, ответившему на вопрос: «Что ты делаешь?» — прозаическим: «Обтесываю камень», в то время как его товарищ ответил возвышенно: «Созидаю дворец!»; не будем забывать, что в данном случае и физика и химия есть лишь средство к достижению цели, но не сама цель. Целью же является постепенное возведение здания физико-химической биологии — отрасли науки, в названии которой физика и химия заняли лишь достаточно почетное место определений.
      Роль первооткрывателей, первопроходцев и вообще «тех, кто был первым» — неважно, в какой из областей человеческой деятельности, — настолько широко, подробно и, главное, квалифицированно описана в художественной литературе, что, говоря об особенностях, с которыми связано освоение передовых рубежей в науке, можно ограничиться лишь одним замечанием.
      В науке очень важно, конечно, подметить ту или иную взаимосвязь явлений; еще важнее — выдвинуть идею о возможном обосновании такой взаимосвязи; и еще важнее — подтвердить новую идею на эксперименте; но самое главное, важное и трудное: убедить других (и себя) в необходимости изменения всего предшествующего подхода к проблеме и построить на основании новой идеи вполне конкретную и поддающуюся проверке теорию, разработанную до мелочей. Ибо всякого рода «гениальные догадки» — это прекрасно, но все же автором теории атомного строения материи история науки считает скорее английского естествоиспытателя Дж. Дальтона, чем философов Левкиппа и Демокрита.
      Возвращаясь к нашей тематике, стоит в этой связи отметить, что сам по себе факт зависимости биологических функций пептидных молекул от их конформаций был ясен ведущим специалистам уже в начале 60-х годов; в связи с этим стоит упомянуть имена чешского ученого Й. Рудингера, швейцарского химика Р. Швицера и американца Р. Вальтера. Однако ранние попытки установить, в чем именно выражается связь «конформация — функция», носили разрозненный характер, и результаты исследований не удавалось обобщить в более или менее стройную систему взглядов.
      Первая подобная система появилась лишь через несколько лет и получила распространение и признание под названием «топохимический подход»: его авторами были советские ученые Ю. Овчинников (ныне академик и вице-президент АН СССР) и В. Иванов (ныне член-корреспондент АН СССР).
      Ю. Овчинников и В. Иванов изучали циклические депсипептидные антибиотики — соединения, остов которых замкнут в кольцо (как змея Галена, кусающая свой собственный хвост) и состоит из чередующихся один за другим двух типов модификаций пептидной группы CONH: СОЫ(СНз) и СОО — по валентному строению обе получающиеся атомные группировки сходны с пептидной.
      Кроме того, эти антибиотики являлись как раз тем редким случаем, когда в природных соединениях появляются «правые» боковые цепи: «правые» и «левые» их варианты также чередовались один за другим вдоль по остову. По такому принципу построен, в частности, природный шестичленный антибиотик, называемый шниа-типом В, в котором все боковые цепи имеют одну и ту же химическую природу, но представляют собой энантио-меры друг друга.
      Исследователи задались вопросом: что будет, если химическим путем воспроизвести энантиомер (то есть заменить все «правые» боковые цепи на «левые» и наоборот) полной молекулы энниатина В? Схематически такую пару молекул можно было бы изобразить следующим образом:
      Здесь буквы г и R обозначают «правые» и «левые» боковые цени, а примыкающие к ним атомы Н опущены. Молекулярные «кольца» на разных сторонах схемы кажутся различными, особенно в связи с тем утверждением, что способ пространственной ориентации боковой цепи — «правый» или «левый» — имеет огромное значение для функциональной активности молекулы. Однако если повернуть второе кольцо вокруг центральной оси на 60 градусов, строчные и прописные буквы R будут чередоваться точь-в-точь так, как в первом кольце: разница между кольцами сведется лишь к заменам всех модификаций остова типа СОО на модификации ССЖ(СНз) и наоборот.
      Но ведь обе эти модификации сходны между собой и с пептидной группой; поэтому есть основания полагать, что, какой бы ни была конформация исходной молекулы энниатина В, конформация его энантиомера будет примерно такой же, а стало быть, и активность аналога сохранится. Это предположение Ю. Овчинникова и В. Иванова полностью подтвердилось в эксперименте, что уже само по себе означало поистине блестящий результат: ведь впервые было зафиксировано явление полной функциональной эквивалентности асимметрического природного соединения и его зеркального антипода-энантио-мера.
      История с энниатином В послужила, однако, лишь исходным рубежом развития общего топохимического подхода, основную задачу которого можно было бы сформулировать примерно так: найти способ создания аналогов пептидных молекул с сохранением их конформации, понимаемой как взаимное пространственное расположение боковых цепей. И вновь анализ задачи начался с циклических пептидов, но на этот раз рассматривался самый общий случай, например, произвольный циклотетрапептид I и его энантиомер П:
      Энантиомер II получается из исходного соединения I зеркальным отражением в плоскости, перпендикулярной плоскости. страницы, — так же, кстати говоря, как и на предыдущей схеме превращения энниатинаВ. При этом «левые» боковые цепи R переходят в «правые» г, но, поскольку все они различны, никакими вращениями вокруг центральной, оси совместить молекулы I и II невозможно (хотя при таком отражении боковые цепи R и г с одинаковым номером направлены в одну и ту же сторону). Но если изменить порядок включения боковых цепей в остов соединения II на обратный, синтезировав так называемый ретроаналог, получится соединение III, которое совмещается с начальным соединением I поворотом на 180 градусов вокруг центральной оси; однако вместо обычной пептидной группы CONH в остове соединения III будет фигурировать ретроэлемент — группа
      Если же этим различием пренебречь, то можно постулировать в качестве общего принципа сходство конформаций циклического пептида и соответствующего ему ретро-энантио-аналога, то есть соединения, где порядок включения аминокислот в пептидную цепь заменен на обратный, а сами аминокислоты замещены их энантио-мерами. Подобное утверждение было проверено на примере одного из аналогов пептидного антибиотика грамицидина Бив очередной раз оказалось вполне справедливым.
      Поскольку рассуждения, приводимые выше, приложимы, вообще говоря, к любым пептидам, а не только к. циклическим, авторы «топохимического подхода» распространили его и на линейные пептиды. Здесь, однако, пришлось принять во внимание, что гипотетический линейный пептид:
      помимо инверсии CONH -NHCO, различаются еще и расположением очень важных функционально и активных химически концевых групп NH2 и СООН. Впрочем, если заблокировать концы молекул химически нейтральными атомными группировками (а в арсенале пептидной химии они представлены в достаточном ассортименте), «топохимический подход» может оказаться применимым и в этом случае. Действительно, пользуясь изложенным принципом, нашли, например, новые пептидные соединения — ретро-энантио-аналоги, успешно конкурирующие со своими «прародителями» при взаимодействии с ферментами-пептидазами.
      Таким образом, Ю. Овчинников и В. Иванов явились одними из пионеров конформационно-функциональных исследований пептидов, значительно опередив в этом отношении многих советских и зарубежных исследователей: достаточно напомнить, что в годы создания «топо-химического подхода» представление о конформациях пептидов было почти что чисто умозрительным, поскольку и экспериментальные и теоретические методы изучения этих конформаций тогда еще только становились на ноги. Поэтому и большинство гипотез о факторах, определяющих биологическую активность пептидов, по существу, не выходило за пределы «линейных» соображений, как, например, изложенная в предыдущей главе «теория сигнатур».
      «Топохимический подход» к исследованию взаимосвязи пространственных структур циклических пептидов и их функций в организме стал впоследствии мощным инструментом, с помощью которого Ю. Овчинников и В. Иванов вскрыли целый ряд закономерностей в молекулярных механизмах весьма важного биологического явления: переноса ионов сквозь клеточные мембраны; в результате этой многолетней работы обоим ученым была присуждена Ленинская премия 1978 года. Да и другие исследователи неоднократно и небезуспешно руководствовались при направленном поиске эффективных пептидных аналогов «топохимическим подходом».
      И тем не менее «топохимический подход» знаменовал собой лишь начало грядущей эры молекулярной топологии, достигшей расцвета в наши дни, когда пространственные формы пептидов научились исследовать настолько подробно, что заметными стали даже следствия атомной перегруппировки CONH в NHCO, не принимавшиеся ранее в расчет как незначительные. Сейчас «линейное» мышление в пептидном драг-дизайне выглядит уже анахронизмом; но чтобы мыслить в «трехмерных» категориях, необходимо не только усваивать и понимать информацию о пространственном строении пептидных молекул, предоставляемую весьма изощренными методами исследования, но и четко оценивать степень ее достоверности. Именно на методах изучения конформаций пептидов и их результатах мы и остановимся в дальнейшем.
     
      КАК ИЗМЕРИТЬ КОНФОРМАЦИЮ
      Строго говоря, содержание этого раздела можно целиком уложить в одну фразу: в настоящее время существуют экспериментальные возможности для того, чтобы установить пространственное строение данной пептидной молекулы, включая расположение отдельных атомов, с точностью до стомиллионной доли сантиметра. Однако такая лаконичная констатация факта вряд ли придется по вкусу даже читателям, а тем более автору этой книги: дело в том, что так называемая «узкая специализация» автора представляет собой как раз исследование пространственных структур пептидов. Поэтому естественно его желание, подойдя наконец-то к проблемам, действительно хорошо знакомым, уделить им хотя бы несколько страниц.
      Итак, методы изучения конформаций пептидов бывают экспериментальные и теоретические; учитывая психологию большинства читателей (особенно читателей-хими-ков, которые вполне оправданно верят лишь в то, что можно увидеть, пощупать, а еще лучше попробовать на язык, но ни в коем случае не каким-то там теоретическим соображениям), начнем с экспериментальных исследований. Это будет правильным еще и потому, что исторически первыми на пептидную сцену вступили экспериментальные методы: начало их применения к пептидам совпадает с началом 60-х годов, когда все те, кто работал в биохимии и молекулярной биологии, находились под впечатлением выдающихся результатов английских кристаллографов и биофизиков Дж. Кендрыо и М. Перутца.
      Тщательно изучив картину отражения рентгеновских лучей от кристаллов, образованных молекулами белков, эти ученые смогли восстановить пространственное строение вначале миоглобина, а затем гемоглобина — важнейших белков, обеспечивающих хранение и транспортировку кислорода в крови. При этом исследование не ограничилось только рентгеноструктурным анализом — так стали называть весь процесс целиком: от получения кристаллов белков и их облучения потоком рентгеновских квантов до сложных процедур воссоздания размещения атомов белковой молекулы в пространстве, — а дало еще и четкое представление о том, как именно биологические функции миоглобина и гемоглобина связаны с их теперь уже известной конформацией. Нобелевскую премию за эту работу Дж. Кендрыо и М. Перутц получили в 1962 году.
      Успехи в установлении пространственных структур белков (а на сегодняшний день рентгеноструктурный анализ йроведен уже для сотен различных белковых молекул) не могли, разумеется, не обнадежить желающих получить информацию о трехмерном строении пептидов, тем более что молекулы белков, как известно, в десятки, а то и сотни раз превосходят молекулы пептидов по длине аминокислотных последовательностей. И казалось, методы исследования, хорошо зарекомендовавшие себя при изучении белков, дадут еще лучшие результаты в случае их «младших братьев» пептидов. Однако надежды эти, к сожалению, не оправдались: оказалось, что подчас гораздо легче определить пространственное строение белковой молекулы, состоящей из трехсот остатков, чем пептидной, насчитывающей десять-двенадцать аминокислот.
      В этой связи стоит отметить, что причина слабого успеха механического перенесения методов исследования конформаций белков в область пептидных молекул принципиально неустранима: как ни парадоксально, в конечном счете главным фактором здесь становится как раз малость молекулярной массы пептида по сравнению с белком.
      Вот в чем дело: составляющие молекулы пептидов и белков атомы (представляемые нами как шарики на жестких стержнях — валентных связях) способны взаимодействовать друг с другом внутри молекулы — притягиваться и отталкиваться (в первом приближении можно считать, что все пары атомов, которые не образуют на-чало и конец жесткой валентной связи, соединены слабой пружинкой). Эти взаимодействия, собственно говоря, и заставляют вращаться вокруг одинарных связей отдельные части молекулы в поисках такого положения, когда все межатомные внутримолекулярные пружинки в сумме уравновесят одна другую и конформация молекулы станет устойчивой или, как говорят, равновесной. (Опять же в первом приближении: вообще-то подобные вращения зависят еще и от воздействия соседних молекул — ведь молекула белка или пептида всегда окружена либо молекулами растворителя (например, в организме — молекулами воды), либо, в кристаллическом состоянии, своими двойниками.)
      Легко понять, что с возрастанием молекулярной массы растет и число одинарных связей, то есть возможностей внутримолекулярного вращения; иными словами, чем больше молекула, тем большее количество равновесных конформаций она способна в принципе принимать.
      Мерой устойчивости этих конформаций или, иначе, величиной, определяющей, какие из теоретически возможных пространственных молекулярных структур действительно имеют шанс реализоваться, служит суммарная внутримолекулярная энергия (скажем, степень натяжения межатомных пружинок): чем ниже ее уровень для молекулы в данной конформации, тем больше вероятность того, что молекула «попадет» как раз в данную конформацию. Так вот, молекулы очень многих белков, обладая огромным количеством возможных внутримолекулярных вращений, тем не менее устроены так, что какой-то одной из равновесных конформаций соответствует энергия, гораздо более низкая, чем энергии всех других потенциально устойчивых пространственных структур той же молекулы.
      Это свойство характерно только для биологических полимеров-белков, и благодаря ему молекулы многих белков, в частности, большинство ферментов способны принимать практически единственную уникальную конформацию, за счет чего и обеспечивается высокая специфичность действия фермента в организме. Вспомним, что говорилось о комплексах пептид — рецептор и субстрат — фермент, — в обоих случаях высокая степень подгонки «ключа» к «замку» обусловлена именно пространственным соответствием этих двух компонентов взаимодействия.
      Сегодня мы не в состоянии в полной мере ответить на вопрос, почему в молекулах белков энергия одной из конформаций оказывается настолько ниже энергий других пространственных структур, что эти структуры можно смело считать полностью несуществующими (для синтетических полимеров ситуация обратная — имеется много равноправных конформаций с примерно одинаковыми энергиями). Нам ясно лишь, что уникальность пространственной структуры белковой молекулы есть опять-таки следствие биологического фактора — длительного эволюционного отбора, и, рассматривая известные из данных рентгеноструктурного анализа способы укладки длинных белковых цепей в строго детерминированные компактные глобулы (это еще одно название пространственных форм, которые принимают белковые молекулы), мы пока подмечаем только самые очевидные закономерности их строения.
      К числу таких закономерностей относится и так называемый принцип плотной упаковки, согласно которому в реальных белковых глобулах как можно больше атомов стремятся расположиться поближе друг к другу, а точнее — на взаимных расстояниях, соответствующих максимальным степеням сжатия наших гипотетических межатомных пружинок.
      Таким образом, каждая пара взаимодействующих атомов вносит свой вклад, пусть и очень небольшой, в понижение общей внутримолекулярной энергии; а поскольку число подобных пар в белке велико, суммарный эффект будет значительным и конформация, удовлетворяющая принципу плотной упаковки, окажется по сравнению с другими в весьма выгодном положении. Если же подобных пар мало — столько, например, сколько их можно насчитать в относительно небольшом пептиде, — то результирующее понижение энергии не сможет выделить «плот-ноупакованную» конформацию из прочих и, следовательно, молекула пептида будет существовать в виде нескольких практически равноправных конформаций.
      Суммируем сказанное: основная «конформационная» разница между пептидом и белком состоит в том, что для пептидной молекулы допустимо существование нескольких пространственных структур, а для белковой — только одной (хотя и из этого правила, как и из всякого другого, возможны исключения).
      Это обстоятельство сразу же ограничивает, например, возможности рентгеноструктурного анализа пептидов: понятно, что гибкую молекулу пептида гораздо труднее «заморозить» в кристаллическом виде. И, действительно, метод рентгеноструктурного анализа оказался эффективным лишь в отношении немногих (в основном циклических) пептидов, где «разрешенные» конформационные перестройки внутри молекулы не так уж существенны.
      Не слишком много удается узнать и с помощью так называемого метода кругового дихроизма уже при исследовании конформаций пептидов не в кристалле, а в более «естественной» для них среде, в растворе. Суть этого метода в том, что поляризованный свет, взаимодействуя с асимметрическими молекулами, изменяет некоторые свои характеристики (в этом и состоит различие оптических свойств «левых» и «правых» аминокислот, о котором упоминалось ранее), причем изменение зависит от взаимного расположения асимметрических атомов в пространстве.
      Некоторые конформации пептидных цепей — например, различные типы спиралей, образованных пептидным остовом, — взаимодействуют с поляризованным светом вполне определенным образом, так что их можно сразу «опознать» по изменению параметров светового луча, прошедшего сквозь среду, содержащую молекулы в таких конформациях. Но для того, чтобы такие типы конформаций были по-настоящему стабильными, требуются опять-таки согласованные межатомные взаимодействия сравнительно большого числа аминокислотных остатков. А это значит, что спиральные конформации «в чистом виде» встречаются лишь в белках, но не в пептидах: здесь связь между типом конформации и изменением свойств пучка поляризованного света остается, строго говоря, неустановленной (хотя кое-какие попытки исследований в этом направлении проводились и продолжают проводиться).
      Поэтому метод кругового дихроизма на сегодняшний день пригоден, в сущности, лишь для проверки, сохранится ли конформация пептида в растворе при изменении каких-то свойств растворителя или, например, вследствие проведенной аминокислотной замены — да и то ответ не всегда будет однозначным. Однако желание отказаться от старых, привычных и хорошо налаженных методик только на том смехотворном основании, что от них мало толку, свойственно научным работникам в той же мере, что и остальным тружепикам народного хозяйства; и в результате на страницах научных журналов по-прежнему можно встретить таблицы и графики данных кругового дихроизма пептидных молекул, содержательная ценность которых, увы, весьма невелика.
      (Впрочем, в смысле чисто профессиональной инертности научные работники все же отличаются — или, по крайней мере, теоретически должны отличаться — от других представителей умственного труда, поскольку не прекращающееся ни на миг развитие науки ставит их в особое нравственное положение. Еще несколько лет тому назад автор не отдавал себе в этом отчета; но как-то ему довелось рассказывать о занимающих его научных проблемах хорошему знакомому-гуманитарию. И в тот момент, когда ничего не подозревающий автор безмятежно повествовал, как ему с коллегами приходится выдвигать все новые теоретические гипотезы и отбрасывать их с появлением новых, противоречащих гипотезам экспериментальных данных, знакомый не выдержал и выразил свое возмущение крайней беспринципностью автора.
      В самом деле, научный работник, пусть даже и не изображаемый в последнее время художественной литературой и искусством как образец для подражания, все же должен иметь достаточно твердые убеждения, особенно в том, что касается его основной деятельности. Но вдруг оказывается, что какого-то одного или двух экспериментальных фактов хватает, чтобы убеждения научного работника не просто поколебались, а порой изменились кардинальным образом и от одной гипотезы он переметнулся к совершенно иной! А где же принципиальность? Где моральная несгибаемость занимаемой позиции? Где стремление не щадя живота своего отстаивать точку зрения, выстраданную, быть может, всем прошлым опытом?
      Надо сказать, что поначалу автор оторопел было, ибо взгляд на логику познания как на непрерывную цепь беспринципных компромиссов и предательств по отношению к покидаемым без сожаления вариантам теорий и гипотез ему удалось усвоить не сразу. Зато теперь, по зрелом размышлении, он понимает, что необходимая для подлинного развития науки гибкость мышления тех, кто в ней работает, действительно может показаться чем-то вроде приспособленчества не только уставшим от непомерных интеллектуальных усилий индивидуумам с учеными степенями, но и вполне симпатичным сверхпринципиальным Дон-Кихотам. Что ж, остается лишь смириться с тем, что лирикам так и не суждено, по-видимому, понять физиков до конца. А жаль.)
      После такого полуфилософского отступления как-то не хочется возвращаться вновь к суховатому описанию методов исследования пространственных структур пептидов. Но, поскольку впредь речь пойдет об успехах, а не о неудачах таких методов, будем надеяться, что последующее изложение будет более живым. Итак, отметим прежде всего, что к настоящему времени эксперимент способен установить целый спектр конформационных характеристик пептидной молекулы, начиная от общего представления о ее пространственной форме до расстояний между отдельными атомами. Соответственно, существует и целый спектр методов, предназначенных для этого, но самым информативным и наиболее универсальным из них повсеместно признан сейчас метод ядерного магнитного резонанса (сокращенно ЯМР).
      Не вдаваясь в очень сложное переплетепие законов атомной и ядерной физики, обусловливающее само явление ядерного магнитного резонанса, ограничимся внешней стороной дела: если поместить молекулу в очень сильное магнитное поле с постепенно «меняющейся» частотой излучения, то атомы молекулы будут «откликаться» на воздействие этого поля, причем каждый — на своей частоте. Примерно так же натянутая струна музыкального инструмента резонирует и «откликается» на звук камертона; если менять частоту колебаний камертона, то можно заставить звучать поочередно все струны. «Отклики» атомов молекулы на магнитное поле специальным образом записываются, и их взаимное сопоставление позволяет получить самые разнообразные сведения о конформации молекулы.
      Можно узнать, например, какие атомы расположены вблизи друг от друга; какие атомы взаимодействуют с растворителем и, значит, находятся «снаружи» молекулы, а какие, напротив, прикрыты от растворителя другими частями молекулы; можно определить даже углы поворотов отдельных фрагментов молекулы вокруг некоторых одинарных валентных связей. К сожалению, такого рода данные удается установить не для всех атомов; однако, если вводить в молекулу особые сорта атомов и функциональных групп (например, изотопы углерода или азота), диапазон применения методов ЯМР существенно расширяется.
      Кроме того, не следует забывать, что в нашем распоряжении есть методы, иные, чем ЯМР, о которых было упомянуто лишь вскользь; а между тем они включают в себя, например, так называемый флюоресцентных! анализ, благодаря которому очень точно определяется расстояние между некоторыми типами боковых цепей аминокислотных остатков, входящих в состав пептидов. Так что в целом картина обнадеживает: представление о пространственной структуре пептидной молекулы в растворе наверняка может быть получено с помощью экспериментальных методов исследования, причем представление довольно подробное. Учитывая, что объект исследования — молекула, то есть совокупность атомов общим размером всего в несколько стомиллионных долей сантиметра, которую не разглядишь ни в какой микроскоп (даже Электронный), современная наука имеет все основания гордиться этим достижением. Приятно к тому же отметить, что советские ученые и в этой области занимают достойное положение: одним из признанных авторитетов в исследованиях пептидов методами ЯМР является, например, член-корреспондент АН СССР В. Быстров.
      Итак, конформацию пептидной молекулы можно измерить экспериментально. Однако испокон веку для гарантии полноты изучения объекта принято использовать также и теоретические методы. Вспомним, например, древнюю легенду о таинственных знаках на стенах дворца вавилонского царя Валтасара, знаменовавших окончательный приговор его нечестию. «Мане, текел, фарес», — гласила надпись, начертанная огнем во время роскошного пира, что значило: «Измерено, сосчитано, определено», то есть для определения печальной участи Валтасара провидение пользовалось, очевидно, не только экспериментальными измерениями, но и теоретическими расчетами. За давностью лет трудно определить, настолько ли уж нужны были расчеты виновности вавилонского владыки, но в необходимости теоретических подходов к проблеме коиформацноипо-функциональных отношений пептидов сомневаться не приходится, и последующий раздел призван пояснить эту необходимость.
     
      ПЕПТИД С МНОЖЕСТВОМ ЛИЦ
      Беда в том, что, к сожалению, блестящие результаты экспериментальных методов зачастую прикрывают немалых размеров подводный камень: положим, мы получили представление о пространственной структуре данного пептида в растворе, измерив величины некоторых межатомных расстояний, углов поворота вокруг одинарных связей и тому подобных характеристик. Но к какой именно конформации относятся эти характеристики? Ведь мы знаем, что пептидная молекула в растворе может обладать несколькими практически равноправными конформациями. Ответ, возможно, покажется несколько неожиданным: не к одной из них, а к некоей, вообще говоря, несуществующей «усредненной» пространственной структуре молекулы.
      Для уяснения того, как такое может получиться, представьте себе, что молекула — это вы сами, а равноправные конформации молекулы — различные позьц которые вы принимаете, например, при ежеутренних занятиях
      гимнастикой: положим для простоты, что речь идет только о приседаниях. Тогда устойчивыми можно считать всего две позы-конформации: исходную стойку в полный рост и положение, соответствующее полному приседанию (переход из одной позы в другую, как происходящий очень быстро, не будем принимать во внимание).
      Теперь допустим, что в этом случае «экспериментально измеряемая характеристика» — рост, расстояние от макушки до пола. В первой конформации оно будет равно, скажем, 175 сантиметрам, а во второй — только 105. Следовательно, суждение о вашем росте зависит от того, в какой конформации вы находились в момент измерения; но, если бы ваши движения были действительно подчинены «молекулярным» законам, вы успели бы за время измерения десятки тысяч раз попеременно побывать то в одной, то в другой конформации и в результате ваш рост был бы определен как среднее между двумя крайними значениями, то есть как 140 сантиметров. Но ведь устойчивой конформации с ростом 140 сантиметров у вас не было вовсе...
      (Сходный эффект использует всем известный оптический обман, именуемый кинематографом: кадры сменяются так быстро, что мы видим на экране все точки плавного полета, скажем, чайки, хотя на пленке запечатлены лишь прерывистые отдельные моменты этого полета; таким образом мы видим и то, чего на самом деле нам не показывают.)
      Правда, иногда в эксперименте все-таки удается выделить одну пространственную структуру пептида из остальных, но в большинстве случаев описанная ситуация с «усреднением» конформаций является типичной, а связанное с ней ограничение истолкования экспериментальных данных — принципиальным. Именно поэтому все большее значение при исследовании конформаций пептидов в последнее время приобретают теоретические — расчетные — методы.
      Общей чертой всех расчетных методов является «перебор» равновесных, устойчивых конформаций молекулы и подсчет значений внутримолекулярной энергии, соответствующих каждой из таких конформаций; конформации, обладающие наиболее низкими энергиями, могут считаться наиболее устойчивыми и образовать, как говорят, набор стабильных конформаций молекулы. Конформации с высокими значениями энергии имеют малую вероятность осуществиться и, следовательно, могут быть исключены из дальнейшего рассмотрения.
      В результате получается не одна «усредненная» пространственная структура (как при использовании экспериментальных методов), а целый набор стабильных низкоэнергетических конформаций пептидной молекулы, причем каждая из них может, в принципе, реализоваться в растворе и внести свой «вклад» в измеряемую «усредненную» структуру.
      Подобный подход, конечно, более привлекателен, поскольку позволяет более детально описывать конформации пептидов, чем перечисленные выше экспериментальные методы, но и возможность получить ошибочные результаты при его применении также существует. Начнем с того, что «перебрать» все потенциально устойчивые конформации пептидной молекулы попросту невозможно, поскольку таких конформаций чрезвычайно много.
      Обычно считается, что повороты вокруг одинарных связей внутри одного аминокислотного остатка могут привести примерно к десятку равновесных пространственных структур; значит, пептидная цепочка из десяти остатков теоретически может обладать 1010 (то есть десятью миллиардами) конформаций — цифрой, которая заранее исключает из рядов исследователей-теоретиков людей слабонервных и склонных к обморокам.
      Очевидно, кроме того, что при обсуждаемых расчетах (их называют конформационными расчетами или теоретическим конформационным анализом) совершенно необходимо привлечение мощной электронно-вычислительной техники — это во-первых. А во-вторых, ясно, что просмотреть все десять миллиардов структур все равно не под силу никаким ЭВМ и надо искать обходные пути, так, чтобы считать как можно меньше, но в то же время не пропустить ни одну из конформаций, которая должна войти в набор наиболее стабильных. В последнее десятилетие над этой задачей работали многие теоретики в США, Бельгии, Индии, СССР, и в конце концов она была в основном решена: теперь уже можно, пожалуй, считать, что те десятки (из миллиардов) нужных конформаций будут отобраны без случайных пропусков почти всегда, но все же иногда ошибка возможна.
      Еще одна проблема в том, что на стабильность конформации, помимо значения внутримолекулярной энергии, оказывает влияние и тот растворитель, в котором находится молекула; а между тем пока мы не умеем с желаемой точностью оценивать энергию взаимодействия растворителя с пептидом. По этой, а также по ряду других причин рассчитываемая нами энергия молекулы всегда будет несколько отличаться от «реальной», и поэтому оказывается, что мы в состоянии отделить в соответствии с расчетными величинами энергий наиболее стабильные конформации от нестабильных, но расставить их «в порядке номеров» по энергиям внутри отобранного набора мы уже не имеем права — наши оценки не до такой степени точны.
      И наконец, методы теоретического конформационного анализа различаются по физическим моделям, лежащим в основе расчета внутримолекулярной энергии. Наиболее строгие модели, использующие представления квантовой механики и квантовой химии, терпят, к сожалению, полный провал при их приложении к пептидам: они слишком громоздки и требуют совершенно нереальных масштабов загрузки ЭВМ — месяцев и лет непрерывного счета. Зато чрезвычайно плодотворной оказалась идея об атом-атомном приближении, то есть предположение о том, что внутримолекулярная потенциальная энергия есть сумма энергий попарных взаимодействий валентно не связанных атомов, причем сами взаимодействия зависят лишь, от химического типа атомов и расстояний между ними (вспомним нашу «механическую» модель молекулы с шариками-атомами, стерженьками-связями и межатомными пружинками).
      Это предположение, естественно, огрубляет «подлинные» взаимоотношения между элементами, составляющими молекулу, и тем самым также вносит погрешность в величину расчетной энергии, но указанный недостаток с лихвой искупается простотой, наглядностью и, главное, реальной возможностью использования принципов атом-атомного приближения для расчетов на ЭВМ (при этом нужны уже не годы или месяцы, а всего лишь часы или даже минуты чистого «машинного» времени). Поэтому атом-атомное приближение и нашло широкое поле для применения не только при исследовании конформаций биологических молекул, но и в кристаллофизике, во многих проблемах физикохимии и даже в теплофизике. А возникла эта идея в конце сороковых годов практически одновременно у американцев Ф. Вестхеймера и Т. Хилла и у советского исследователя А. Китайгородского.
      Профессор А. Китайгородский скончался совсем недавно, в 1985 году, и может так случиться, что эта книга будет первым массовым изданием, в котором его имя упоминается уже посмертно. Поэтому автору, лично знавшему А. Китайгородского, хочется сказать несколько слов о том, что значил этот человек для тех нескольких десятков исследователей, которые в разных концах нашей страны — в Москве, Ленинграде, Пущине, Риге, Минске, Одессе, Казани, Баку, Красноярске, Киеве, Таллине — работают над задачами, так или иначе связанными с проблемами углубления и применения атом-атомного приближения.
      А. Китайгородский был прежде всего лидером нашего небольшого «научного сообщества» (одно из его любимых словосочетаний), причем лидером неформальным: до ухода на пенсию он занимал сравнительно скромную должность заведующего лабораторией и не был ни академиком, ни даже члеыом-корреспондеитом. Но члены его «научного сообщества» знали, что всегда могут рассчитывать на его точный и своевременный совет в чисто научных вопросах, дружескую бескорыстную помощь в проблемах организационно-административных и просто на поддержку и ободряющую шутку в трудную минуту. А. Китайгородский обладал поразительной бодростью и жизнелюбием, в шестьдесят лет он выглядел как в сорок и, между прочим, в эти же годы много сделал для развития советского воднолыжного спорта.
      Его кипящему темпераменту было мало просто почивать на лаврах «родоначальника» по-настоящему мощного научного направления: он стал блестящим популяризатором — вспомните книги «Физика — моя профессия», «Физика для всех» (совместно с Л. Ландау), «Порядок и беспорядок в мире атомов». Именно его статья в «Литературной газете» послужила началом процесса коренной перестройки работы Высшей аттестационной комиссии при Совете Министров СССР. А чего стоит одна только его борьба с телепатией, когда он не побоялся «раздразнить гусей» и твердо заявил, что «этого не может быть, потому что этого не может быть никогда» — цитата, которую до сих не могут простить обскуранты от лженауки.
      Конечно, полностью оценить по достоинству заслуги А. Китайгородского перед наукой и обществом удастся лишь со временем; но те, с кем он успел поделиться частицей своей яркой личности, уже не забудут его, пока будут живы сами. А в анналах истории науки его имя будет значиться еще долго, потому что исследования, стимулированные идеями А. Китайгородского, продолжают бурно развиваться, и в их числе — теоретический кон-формационный анализ пептидных молекул.
      В самом деле, конформационные расчеты пептидов в наши дни проходят довольно успешно: во всяком случае, определить набор наиболее стабильных конформаций молекулы размером до 12 — 15 аминокислотных остатков уже можно наверняка и притом за разумное время работы. (Некоторые отчаянные головы утверждают, правда, что их расчетам доступны и пептидные цепи из 60 — 70 остатков, но пока проверить это никому другому не удалось: результаты, получаемые энтузиастами, оказываются невоспроизводимыми.) Характерно также, что результаты расчетов небольших пептидов все чаще и чаще хорошо согласуются с данными экспериментальных исследований и, следовательно, теория и эксперимент способны взаимно дополнять друг друга.
      Все это означает, иными словами, что современное состояние молекулярно-биофизических исследований — ибо обсуждаемые задачи и методы принадлежат именно молекулярной биофизике — позволяет достаточно полно и детально описывать возможные пространственные структуры многих пептидных биорегуляторов по первому требованию любого желающего, и среди них — пептидных драг-дизайнеров. А как раз им-то подобная информация может пригодиться в самую первую очередь.
     
      САМАЯ ИНТЕРЕСНАЯ КОНФОРМАЦИЯ
      И действительно, как там поживает драг-дизайн? Не забыли ли мы, что исследования пространственных структур пептидных биорегуляторов есть не самоцель, а всего лишь средство для подбора ключа к замку-рецептору? Нет, не забыли и в доказательство этого повторим вкратце основные предпосылки прежних рассуждений. Итак, чтобы пептидный биорегулятор «запустил» биохимический процесс, который приведет в конце концов к желаемому биологическому эффекту, нужно прежде всего образовать достаточно прочный комплекс пептида со своим специфическим рецептором. А это возможно лишь при условии четко выраженной взаимной пространственной комплементарности соприкасающихся участков пептида и рецептора, которые должны быть подогнаны друг к другу с такой же точностью, с какой ключ подгоняется к дверному замку. Но поскольку об устройстве замка-рецептора на сегодняшний день почти ничего не известпо, задача подгонки ключа-пептида к рецептору неизбежно сопряжена с как можно более тщательным изучением пространственной структуры пептида, ибо именно от нее и будет зависеть специфичность и эффективность действия молекулы пептидного биорегулятора.
      Что ж, исследования пространственной структуры пептидных биорегуляторов проводятся в настоящее время, как мы видели, довольно широко и вполне успешно. Однако основные результаты этих исследований могут па первый взгляд плохо укладываться в стройную схему, изложенную абзацем выше: оказывается, пептидный биорегулятор, как правило, может принимать несколько практически равноправных пространственных форм-конформаций. Иными словами, ключ к рецептору, который мы ищем, внезапно превращается в целый набор ключей, причем заранее неизвестно, какие именно из них подходят к замку-рецептору, ясно лишь, что не все ключи из набора в этом смысле взаимозаменяемы.
      Надо сказать, что наиболее дальновидные из пептидных драг-дизайнеров еще лет пятнадцать тому назад задумывались над тем, как совместить, например, строгую специфичность данного пептидного биорегулятора с возможным наличием целого набора его пространственных структур (хотя в те времена само существование подобных наборов структур рассматривалось в качестве довольно сомнительной гипотезы). Итоги этих размышлений были наиболее полно сформулированы, пожалуй, в концепции «биологически активной конформации» — термин, предложенный американским ученым Р. Вальтером в 1972 году.
      В соответствии с такой концепцией необходимым условием для проявления пептидом биологической активности объявлялось существование среди его допустимых пространственных структур биологически активной конформации — той самой, которая проявляет комплементар-ность к взаимодействующему с пептидом участку рецептора. То есть если какой-нибудь пептид или его аналог является биологически активным, значит, в наборе отвечающих ему ключей-конформаций обязательно есть хоть одна пространственная форма, подходящая к «замочной скважине» на поверхности рецептора.
      Эта концепция продолжает оставаться вполне актуальной и в наши дни, несмотря на некоторые уточнения и дополнения. Прежде всего критике подвергся сам термин «биологически активная конформация»: ведь конформацией, необходимой для комплексообразования с рецептором, обладает, как легко понять, и молекула конкурентного антагониста, «занимающая место» пептидного биорегулятора, но не производящая никакого биологического эффекта. Так что более уместным было бы словосочетание типа «конформация комплексообразования», но выражение Р. Вальтера уже укоренилось в научной литературе, хотя смысл его несколько изменился в согласии с изложенным замечанием.
      Далее пришлось учесть, что формой, комплементарной поверхности рецептора, может оказаться конформация не всей пептидной молекулы, а только определенного ее участка, и тогда именно конформацию этого участка надо считать «биологически активной» (в терминах «теории сигнатур» это означало бы, что как раз этот участок является носителем сигнатуры, ответственной за образование комплекса с рецептором).
      И самое главное, концепция биологически активной конформации стала основой для дальнейшего развития исследований конформационно-функциональных отношений пептидных биорегуляторов. Более того, можно утверждать, что сегодня изучение конформационно-функциональных отношений конкретного пептида состоит в первую очередь из выяснения, какова же его биологически активная конформация.
      Выяснение этого вопроса на практике немного напоминает логические задачи-головоломки, публикуемые
      в журналах наподобие «Науки и жизни», «Семьи и школы» или «Кванта» на страницах «Для самых маленьких». Сюжет задачи, имеющей сходство с обсуждаемой нами проблемой, мог бы выглядеть примерно так: четыре мальчика — Вася, Федя, Саша и Коля — нашли на чердаке старого дома, где они все жили, запертую дверь, заваленную всяким хламом. Мальчикам очень хотелось узнать, что же за дверью, и каждый из них раздобыл комплект из десяти ключей разных типов и попробовал отпереть старинный замок. Васе, Феде pi Коле это удалось, а Саше — нет, ни один из его ключей не подошел к двери. Спрашивается, какой ключ открывал дверь, если в комплектах Васи и Феди совпадали ключи под номерами 2, 5, 6 и 9, у Васи и Коли — под номерами 5, 7 и 9, а у Саши и Васи — под номерами 5, 6 и 7. Несложные рассуждения показывают, что искомый ключ имеет номер 9: у всех мальчиков, которые открыли дверь, в наборах ключей общими были ключи 5 и 9, но ключ 5 был также и у неудачника Саши.
      Процедура нахождения биологически активных конформаций пептидов (разработанная, кстати говоря, в наиболее полном и пригодном для использования виде советскими исследователями) и в самом деле может вызвать ассоциацию с логическими упражнениями для младшеклассников. Предположим, что природный пептид, обозначаемый буквой П, обладает известным нам набором конформаций, состоящим из десяти структур. Пусть, далее, три его аналога — А, Б и В, — отличающиеся от П только наборами конформаций, обладают разными свойствами по отношению к рецепторам, специфическим к П: А и В образуют с ними прочный комплекс, а Б — нет.
      Определив наборы стабильных пространственных структур молекул А, Б и В, мы можем отметить, например, что по пространственной организации (то есть по взаимному расположению одинаковых функциональных групп) у молекул П и А сходны конформации 2, 5, 6 п 9, у молекул II и В -- 5, 7 и 9, а у молекул Б и П — 5, 6 и 9. Совершенно аналогичным образом, как и в предыдущей задаче, можно установить, что биологически активной будет конформация типа 9, общая по пространственной организации для природного пептида и его аналогов, охотно «вступающих в контакт» со специфическим рецептором и вместе с тем отсутствующая в наборе пространственных структур аналога, утратившего способ-
      ность к комплексообразованию с тем же рецептором. Как видите, сама по себе процедура сравнения наборов конформаций действительно чрезвычайно проста, гораздо трудпее правильно подобрать для нее исходные данные.
      О трудностях определения наборов стабильных конформаций пептидов речь уже шла; здесь подчеркнем только, что для нахождения биологически активной конформации используется информация именно о наборах пространственных структур молекулы, а не об одной «усредненной» конформации. Это означает, между прочим, что при поиске биологически активной конформации наиболее важны не экспериментальные, а теоретические методы исследования пространственной структуры пептидов; к тому же биологически активная конформация окончательно формируется непосредственно на поверхности рецептора и, вообще говоря, может слегка отличаться от конформаций пептида в растворе. Но экспериментальное изучение конформации пептида в комплексе со специфическим рецептором пока, к сожалению, остается желанной, но недостижимой целью современной биофизики: в этом направлении сделаны лишь самые первые робкие шаги.
      Весьма желательно также, чтобы гипотетические аналоги А, Б и В действительно отличались от природного пептида П и друг от друга только наборами стабильных конформаций, но не наличием или отсутствием функциональных групп, которые независимо от конформации пептида могут повлиять на комплексообразование. (Прочность комплекса пептид — рецептор в основном зависит от конформационных особенностей пептида, но не исключительно от них.) Практически это достигается, например, за счет замен «левого» аминокислотного остатка на «правый», но с сохранением химического типа боковой цепи.
      Немаловажно и то, чтобы для всех аналогов уровень комплексообразования измерялся на одних и тех же рецепторах: иногда бывает, что у пептида есть не один тип специфических рецепторов и каждому из этих типов могут в принципе соответствовать разные биологически активные конформации пептида.
      Одним словом, определение возможных биологически активных конформаций пептидных биорегуляторов вовсе не такой гладкий, стройный и чуть ли не примитивный процесс, как могло показаться благодаря истории о четырех юных взломщиках, призванной хоть в какой-то мере нарушить устоявшееся мнение о сухости и занудливости не только научных проблем, но и самих научных работников. Тем не менее описанный выше процесс выявления биологически активных конформаций пептидов пусть не всегда, но хотя бы иногда приводит к желаемым результатам и тем самым оказывается вполне работоспособным.
      Что же до занудливости научных работников, то краткая справка об истории разработки упомянутого варианта поиска биологически активной конформации способна юлько еще ярче проиллюстрировать это милое свойство характера. Первые известные автору публикации, содержащие основные идеи изложенной процедуры, появились в 1972 — 1973 годах практически одновременно в СССР и США. В дальнейшем эти идеи совершенствовались, усложнялись за счет дополнительных оговорок, видоизменялись в связи с развитием теоретического конформа-ционного анализа пептидов, и так на протяжении десятилетия; в 1983 году на русском языке вышла в свет обобщающая монография, в которой обсуждаемая проблема занимала центральное место. И несмотря на это, как памятник упорству научной мысли, в 1985 году на том же языке была опубликована большая статья, где те же идеи изобретаются целиком заново, причем на уровне, еще не достигшем, увы, уровня понимания 1972 года...
      Итак, драг-дизайнеры пептидов получили в свое распоряжение метод, позволяющий более или менее детально описать биологически активную конформацию, ту самую, которая определяет собой комплементарность взаимодействия пептид — рецептор и несет «сигнатуру комплексообразования». Этот метод нельзя назвать ни чисто теоретическим, ни чисто экспериментальным; такими же несостоятельными окажутся определения вроде «физико-математический» или «химико-биологический».
      Без сомнения, очень важную роль здесь играют расчеты, но все же нельзя сказать, что биологически активная конформация пептида предсказывается «на кончике пера», как в свое время планета Нептун французским математиком и астрономом У. Леверье: ведь еще до нахождения этой конформации необходимо иметь сведения об исходе экспериментов по биологическому тестированию хотя бы нескольких аналогов молекулы, которые, между прочим, вначале нужно еще синтезировать. Таким образом, наиболее характерной чертой предложенной процедуры установления биологически активной конформации является согласованность действий всех ее участников: и химиков, и математиков, и физиков, и биологов. Иначе дело не пойдет; и это еще один пример комплексного подхода к проблеме, который вообще отличает современную науку. А драг-дизайн — в особенности, о чем читатель был, кстати говоря, предупрежден еще в первых главах.
      Это обстоятельство, как, впрочем, и всякое дополнительное согласование, в принципе может несколько затруднить процесс поиска биологически активной конформации, но не остановить его, и результат в конечном итоге будет все-таки получен. А что же дальше? А дальше наиболее естественным способом использования полученных данных будет, по-видимому, синтез новых пептидных аналогов, в которых найденная биологически активная конформация была бы «закреплена», стала бы более устойчивой, чем другие конформации молекулы.
      Легко понять, что эффективность комплексообразова-ния со специфическими рецепторами у таких аналогов (их называют конформационно-ограниченными) должна быть повышена; мало того, «закрепление» разных типов теоретически возможных биологически активных конформаций — если допустимы несколько видов специфических рецепторов — приведет к так называемой селективности действия, то есть к выполнению аналогом лишь какой-то одной функции из нескольких, выполняемых природным пептидом. (Хотя для пептидов, как мы знаем, и без того характерен весьма узкий спектр биологических эффектов.) Для потенциального лекарственного препарата это весьма полезное свойство, поскольку то, что биохимики называют селективностью действия, на медицинский язык переводится как «отсутствие побочных эффектов».
      На этом месте нашего рассказа о теоретических основах пептидного драг-дизайна можно было бы и поставить точку, поскольку на сегодняшний день более изощренной процедуры подбора ключей-пептидов к замкам-рецепторам, чем описанная, не существует и все примеры успешного направленного поиска аналогов пептидных биорегуляторов, приводимые в следующей главе, будут подтверждать сказанное.
     
      Глава 7. ОТ ИДЕИ ДО МОЛЕКУЛЫ
     
      Старая, как мир, дидактическая схема усвоения учебного материала пережила уже множество поколений школьников и успешно отбивает атаки периодических школьных реформ: речь идет о незыблемом принципе — сначала теория, потом задачи, — которого доныне придерживается большинство учителей и составителей учебников. И хоть эта книга куда как далека от настоящего учебника до пептидному драг-дизайну (кстати, такой учебник пока никем не написан), будет вполне логичным после общих теоретических рассуждений привести несколько конкретных примеров успехов, а иногда и неудач драг-дизайнеров, исследующих пептидные биорегуляторы.
      Скажем сразу, что подобные примеры, составляющие содержание настоящей главы, будут иллюстриршзать только круг проблем, обозначенный в заголовке: от идеи драг-дизайпа до создания биологически активного химического соединения, но не до создания лекарствепного препарата. Причин тому несколько, но главные среди них следующие: во-первых, «доведение» активного соединения до уровня препарата связано со многими производственными, экономическими и даже юридическими проблемами, в которых компетенция автора крайне ограниченна. Во-вторых, сегодняшние пептидные препараты, на чей пример можно было бы сослаться, — это уже вчерашние разработки драг-дизайнеров, а нас, естественно, интересует их сегодняшняя деятельность.
      И, кроме того, в-третьих, требования неукоснительного соблюдения патентно-лицензионной дисциплины приводят к тому, что сегодня можно рассказать лишь о работах, принципиально важных для утверждения новых идей пептидного драг-дизайна, но не приведших к немедленному появлению новых препаратов, или же о конструировании таких молекул, на смену которым успели прийти новые, более перспективные соединения из того же ряда.
      К счастью (а, быть может, наоборот, к сожалению), в пептидном драг-дизайне новости устаревают чрезвычайно быстро, и мы без всяких сомнений можем излагать даже результаты исследовательских работ 1983 — 1984 годов, которые были опубликованы в научной периодике и, следовательно, уже достаточно «безопасны» в патентном отношении. При этом, как обычно, хронология не будет особенно соблюдаться, и не только потому, что это может повредить логике повествования: события, о которых пойдет рассказ, зачастую происходили почти одновременно, а исследования развивались параллельно одно другому. Поэтому и заметки о них следует отнести скорее к отрывочным, но зато актуальным репортажам, чем к эпическому историческому обзору в летописном стиле.
      Такая позиция, естественно, имеет свои плюсы и свои минусы; однако, для сочинения, которое усматривает чуть ли не главное свое достоинство в том, чтобы не отставать от движения современной науки, иная позиция была бы просто самоубийственной. Недаром авторы одной из последних научных монографий о пептидном драг-дизайне в отчаянии писали в предисловии: «Отправляя рукопись в издательство, мы совершенно четко отдаем себе отчет в том, что эта книга устареет еще до выхода в свет. Нужен ли более веский довод актуальности затронутых в ней проблем?»
     
      В ЧЕСТЬ РОДМОГО ГОРОДА
      Те, кто имел удовольствие посмотреть остроумный чехословацкий фильм 60-х годов «Конец агента», наверняка помнят, что действие начинается с титров: «В одном неназванном городе...», после чего на зрителя наплывает панорама Градчанского холма с собором святого Вита на первом плане, так что любому дошкольнику в ЧССР становится ясно, что имеется в виду Прага. Аналогичным образом первая из пептидных историй, которую мы собираемся рассказать, должна была бы начинаться с вида на Домский собор, ибо эта история произошла в Риге. Впрочем, началась она в городе Бостоне, штат Массачусетс, США, и с ее началом мы уже знакомы, поскольку об открытии иммунопептида, называемого тафтсином, говорилось, хоть и вскользь, в предыдущих главах.
      Итак, в 1970 году американский исследователь В. Над-жар обратил внимание на то, что после обработки белка под названием иммуноглобулин G трипсином — ферментом, расщепляющим пептидную связь, следующую в цепи за остатками аргинина или лизина (однобуквенное обозначение R или К) , — образуется несколько типов коротких «обломков» иммуноглобулина G, причем некоторые из них обладают, хоть и не в полной мере, биологическими свойствами полной молекулы иммуноглобулина G. Наиболее ярко выражена была способность таких фрагментов активировать процесс пожирания бактерий лейкоцитами — фагоцитоз.
      В. Наджар попытался выяснить аминокислотные последовательности «обломков», но удалось ему это только в отношении одного из них: так был открыт тетрапептид TKPR, названный тафтсином, поскольку открытие произошло в стенах Тафтского университета в Бостоне.
      Впоследствии тафтсин обнаружил еще много полезных качеств как потенциальный препарат-иммунорегулятор, но нас сейчас интересует другое обстоятельство: маленький фрагмент большого белка (в цепи иммуноглобулина G — несколько сотен аминокислотных остатков), как оказалось, может, хотя и не во всем, служить заместителем своего предшественника. Иными словами, вполне возможно, что тафтсин — это своеобразный «активный центр» иммуноглобулина G, носитель сигнатуры, отвечающий за активацию лейкоцитов. Более того, учитывая непрерывно происходящий в организме процесс распада белков под воздействием пептидаз, позволительно предположить, что биологическим действием обладает, собственно, не иммуноглобулин G, а его фрагмент (или фрагменты), «вырезаемые» ферментами непосредственно на месте действия — в крови.
      Подобные соображения возникли сразу у нескольких групп исследователей, но далеко не все сделали из пах практические выводы; еще меньше было таких, которые решили проверить свои выводы на практике. К числу этих последних принадлежали и Г. Чиленс со своей сотрудницей Н. Веретенниковой: здесь-то и начинает вырисовываться на горизонте силуэт Домского собора.
      Рижские исследователи рассуждали примерно следующим образом: один из типов «обломков» иммуноглобулина G, тафтсин, как показал В. Наджар, есть фрагмент аминокислотной последовательности белка. Но ведь тот же Наджар наблюдал сходные биологические свойства и у других «обломков», только не сумел расшифровать их аминокислотные последовательности. К тому же спектр биологической активности тафтсина не полностью совпадает с теми эффектами, которые оказывает на иммунную систему организма присутствие иммуноглобулина G. Все это наводит на мысль, что, помимо тафтсина, в молекуле иммуноглобулина G могут быть и другие «активные центры» — фрагменты, образующиеся при распаде молекулы под действием трипсина. Но какие бы это могли быть фрагменты?
      Прежде всего в пептидной цепи иммуноглобулина G перед кандидатом в «активные центры» должны стоять аминокислоты R или К, и этими же аминокислотами его последовательность должна завершаться — иначе трипсин не найдет в цепи необходимой «метки» и не сможет «вырезать» именно этот фрагмент. Бессильным окажется фермент и в том случае, если подходящий фрагмент будет «упакован» внутри глобулы — плотного комка, образованного молекулой иммуноглобулина G. Следовательно, «активный центр» должен быть расположен в таком месте пептидной цепи, которое было бы доступно для фермента. И наконец, поскольку сигнатура «активации рецепторов» тесно связана, по теории Г. Чипенса, с наличием дипептидов типа RP или КР (или наоборот: PR и РК), в искомом фрагменте, по мысли рижан, обязательно должны были присутствовать подобные сочетания аминокислот.
      Поскольку не только аминокислотная последовательность, но и пространственная структура молекулы иммуноглобулина G были к тому времени (1979 — 1980 годы) уже известны, оставалось лишь проверить, какие из фрагментов этого белка удовлетворяют сформулированным выше требованиям. Н. Веретенникова провела такую проверку и убедилась, что на роль «активных центров» могут претендовать лишь два тетрапептидных фрагмента: пептид TKPR, занимающий в последовательности белка положения с 289-го до 292-го, и пептид GQPR, соответствующий аминокислотам, стоящим на местах с 341-го по 344-е. Первый из них — открытый В. Наджаром тафтсин, а второй — второй Г. Чипенс и Н. Веретенникова назвали ригином, в честь столицы Латвийской ССР Риги.
      (Отсюда следует, между прочим, что ученым также не чужды эмоции и, в частности, локальный патриотизм, который находит выход даже в наименованиях химических соединений. Ведь ни В. Наджар, ни рижские драг-дизайнеры не назвали открытые ими пептиды, например, имму-нолинами, фагоцитинами или как-нибудь вроде того, наподобие классических названий типа «ангиотензин» или «вазопреосин», где все подчинено рациональной цели — в данном случае пояснению производимого веществом биологического эффекта. Видимо, где-то на самом дне научной мысли (если, по уверениям журналистов, научной мысли свойственна глубина, то должно быть и дно) все-таки таится та самая романтика, во имя которой молодой и влюбленный герой повести А. Конан Дойла «Затерянный мир» стойко сносил непонимание коллег по экспедиции. Страстно желая покорить свою возлюбленную, он отправился с ними на отрезанное от остального мира горное плато и первым увидел озеро в его центре, после чего произошел следующий диалог:
      « — ...Пусть наш юный друг даст название озеру, — поддержал его Челленджер.
      — В таком случае, — сказал я и сам почувствовал, что краснею, — пусть оно зовется озером Глэдис.
      — А вам не кажется, что «Центральное» даст более ясное понятие о его местонахождении? — спросил Саммерли.
      — Нет, пусть будет озеро Глэдис.
      Челленджер бросил на меня сочувственный взгляд и с шутливой укоризной покачал головой.
      — Ах, молодость, молодость! — сказал он. — Ну что ж, Глэдис так Глэдис!»)
      Надо сказать, что предсказания возможных биологически активных пептидов «на кончике пера» случаются не каждый день даже сейчас, по прошествии пяти лет после описываемых событий. И уж совсем не каждый день случается, что предсказания оправдываются: а именно это и произошло с ригином. После того как этот пептид был синтезирован и подвергнут биологическому тестированию, выяснилось, что ожидания исследователей сбылись почти полностью. Новый пептид, подобно тафтсину, также стимулировалпожирание лейкоцитами бактерий (хоть, по-видимому, иным способом, чем тафтсин) и проявлял другие биологические свойства, сходные со свойствами тафт-сина и иммуноглобулина G, как и предполагалось заранее.
      Но ликовать было еще рано: сходство функций влекло за собой возможность сходства конформаций обеих молекул, а в этом отношении надежды казались не слишком обоснованными. Дело в том, что проведенные чуть ранее конформационные расчеты тафтсина убеждали, что в формировании его пространственных структур особую роль играет взаимодействие аминокислотного остатка лизина
      (К) с концевой карбоксильной группой молекулы. А ведь в составе ригина — GQPR — аминокислоты К пет вовсе... И все же удача сопутствовала рижанам и на этот раз: теоретический конформационный анализ ригина показал, что, несмотря на отсутствие лизина, пространственное строение пептидного остова молекул тафтсина и ригина во многом близко друг другу.
      На этой высокой ноте рассказ об исследовании, постоянным фоном которого служил Домский собор, можно было бы и завершить: теория была подтверждена экспериментом, и направленный поиск пептидного соединения с желаемой биологической активностью успешно осуществился. Результаты, свидетельствующие о возможном участии ригина в процессах иммунорегуляции, были получены и в других, зарубежных лабораториях, так что работа Г. Чипенса и Н. Веретенниковой снискала международное признание;- кроме того, как уже говорилось, иммунорегуляторы чрезвычайно нужны медицине, и любой шаг вперед в этом направлении горячо приветствуется... И все-таки, по нашему мнению, наиболее интересна не сама по себе история появления ригина в круге биологически активных пептидов, а некоторые ее следствия, важные для проблем пептидного драг-дизайна вообще.
      Во-первых, идея о существовании в составе молекулы иммуноглобулина G нескольких «активных центров» оправдалась и вызвала к жизни новую: о наличии подобных фрагментов-иммунорегуляторов в составе молекул других белков-иммуноглобулинов; поиск таких фрагментов идет в настоящее время полным ходом. Далее оказалось, что согласно конформационным расчетам тафтсина и ригина взаимодействия функциональных групп аминокислот так называемого «общего фрагмента» определяют собой конформацию пептидов, а значит, и сигнатуру, отвечающую за комплексообразование с рецепторами, а не только сигнатуру активации рецепторов, как следовало бы из «линейной» теории.
      И наконец, полученные результаты подразумевают, что ригин — это природный биорегулятор, получаемый в организме при расщеплении иммуноглобулина ферментами; но никому еще не удалось показать, что ригин действительно присутствует в крови, — это дело будущего. Так что успокаиваться на достигнутом рановато: как и положено, вопросов возникает куда больше в конце исследования, чем в начале.
      Известный польский поэт и сатирик А. Слонимский вспоминает в своих мемуарах случай, произошедший в Лондоне в конце сороковых годов на выставке работ П. Пикассо. А. Слонимский привел на эту выставку молодого работника аппарата советника по культуре посольства ПНР в Англии. Тот долго бродил по залам, явно чувствуя себя неуютно среди сугубо формалистических полотен, испещренных непонятными фигурами и линиями, но вдруг остановился перед одной картиной, и лицо его просияло. «Смотрите, — обратился он к своему спутнику, — ведь это кентавр! Ну прямо как живой!» А. Слонимский пишет далее: «Я хотел спросить у него, где он видел живого кентавра, но передумал».
      Мораль этой истории, разумеется, многозначна, и мы подчеркнем, может быть, не ту ее сторону, которую мемуарист счел бы главной. В данный момент для нас важна лишь такая деталь: рожденная фантазией древних греков фигура кентавра — существа с торсом мужчины и туловищем лошади — так часто встречается в классических образцах литературы и искусства, что уже давно стала знакомой и привычной миллионам людей. Это дает право и нам использовать образ кентавра для иллюстрации еще одного ключевого эпизода из истории развития пептидного драг-дизайна. Казалось бы, между персонажами из античной мифологии и пептидными молекулами мало общего — и тем не менее, как можно будет убедиться, такое сопоставление оказывается правомерным.
      Главным героем данного эпизода является молекула окситоцина. Этот гормон, синтезирующийся в организме в гипофизе — придатке головного мозга, уже упоминался на страницах нашей книги и как первый биологически активный пептид, полученный химическим синтезом «в пробирке», и как лекарственное средство, усиливающее при необходимости родовые схватки, стимулирующее мо-локоотделение и тому подобную деятельность организма. Окситоцин, его аналоги и сходные с ним пептиды исследуются уже на протяжении трех десятилетий — очень большой срок по меркам современной науки, — и препараты на основе окситоцина широко применяются ныне в медицине и ветеринарии.
      Естественно, что этот «старейший» пептидный биорегулятор за прошедшие годы неоднократно становился «пробным камнем» для всевозможных гипотез и теорий, которыми всегда был богат драг-дизайн пептидов. И когда в умы исследователей пептидов проникла и утвердилась мысль о связи между конформацией пептидного биорегулятора и его биологической функцией, окситоцин оказался среди первых объектов, подвергнутых всестороннему изучению в этом направлении. А одним из ведущих специалистов по пространственной структуре окситоцина стал известный американский ученый Р. Вальтер.
      Здесь пора сказать, что окситоцин является нонапеп-тидом (то есть цепочкой из девяти аминокислот), причем нонапептидом своеобразным: первое и шестое положение цепи занимают остатки цистина С, боковые цепи которых обладают атомами серы, способными образовывать прочную валентную связь. В результате окситоцин оказывается циклической молекулой с последовательностью CYIQNCPLG(NH2) , причем циклическая часть состоит из первых шести аминокислот, к которым «подвешен хвост» еще из трех аминокислотных остатков. Заканчивается остов молекулы окситоцина не обычной карбоксильной группой (СООН), а амидной (NH2).
      Р. Вальтер в содружестве с другими исследователями применил к молекуле окситоцина все известные в шестидесятых годах методы обнаружения деталей пространственной структуры пептидов в растворе: главным образом спектроскопию кругового дихроизма и ядерный магнитный резонанс. Исследованию подверглись также аналоги окситоцина, как биологически активные, так и неактивные. Более того, в ряде случаев для уточнения иногда противоречивых данных физико-химического эксперимента синтезировались совершенно новые, ранее неизвестные аналоги молекулы. Был выполнен поистине огромный объем работы: достаточно сказать, что «полное собрание сочинений» Р. Вальтера, затрагивающих вопросы изучения конформации окситоцина, насчитывает несколько десятков полновесных научных статей в наиболее серьезных международных изданиях.
      Итогом этих работ явилась хорошо известная в пептидном мире модель пространственной структуры окситоцина, называемая в научном просторечии «моделью Вальтера». Согласно этой модели устойчивая конформация окситоцина в растворе представляет собой нечто вроде комбинации двух слегка искаженных прямоугольников. Первый из них образован циклической частью молекулы, и «сторонами» его можно считать следующие «отрезки»: трипептид CiYI, «перпендикулярный» ему дипептид IQ, «параллельный» трипептид QNQ и замыкающую четырехугольник валентную связь между остатками Ci и Сб. Второй прямоугольник начинается продолжением последней «стороны» первого в направлении остатка Р и после изгиба остова вокруг остатка L завершается «стороной», параллельной начальной и состоящей из остова остатка G(NH2). Очень приблизительно получающуюся модель конформации можно изобразить следующей схемой:
      NH2 Cj-Y — j о C6-N-Q L — P
      Такая модель пространственной структуры окситоцина была впервые предложена Р. Вальтером и Д. Юрри в 1971 году. Тогда же было высказано несколько соображений о том, какие именно внутримолекулярные взаимодействия обеспечивают устойчивость молекулы в указанной конформации и, в частности, отвечают за сближение первого остатка в пептидной цепи молекулы с последним.
      Кроме того, в том же году, проанализировав различия между спектроскопическими данными для активных и неактивных аналогов окситоцина, Р. Вальтер пришел к выводу, что «биологически активная конформация» окситоцина (тогда-то и появился впервые этот термин) отличается от «основной» пространственной структуры весьма незначительно: самым большим изменением будет поворот боковой цепи остатка Y в направлении «противоположного» ему по схеме остатка N.
      «Модель Вальтера» (включая и предложенную биологически активную конформацию) довольно быстро утвердилась в научной литературе как единственно возможная пространственная структура молекулы окситоцина и в течение нескольких лет оставалась незыблемой: все исследования по драг-дизайну аналогов окситоцина так или иначе учитывали ее существование и ограничения, накладываемые ею на «конструкции» новых аналогов. Время прямой экспериментальной проверки этой модели настало в 1977 году, когда практически одновременно появились две работы, в которых были обнародованы результаты
      синтеза бициклических аналогов окситоцина, то есть таких, где содержится не один внутримолекулярный цикл, а два.
      Слово «бицикл», помимо буквального перевода «двойной цикл», используется в русском языке еще и как устаревший синоним слова «велосипед». Поэтому, конечно же, немедленно возникает соблазн сравнить конструкторов «молекулярных бициклов» с изобретателями велосипедов; но, увы, это словосочетание уже устойчиво связано с чудаковатыми субъектами, упорно не обращающими внимания на течение научпого прогресса и заново открывающими давно известные истины.
      Изобретатели молекулярных пептидных бициклов являются, вне всякого сомнения, полными антиподами описанных личностей: они прекрасно осведомлены о новейших достижениях в своей области и стараются по возможности не повторять уже сделанные работы. Но одна черта, общая с вошедшими в поговорку «изобретателями велосипедов», им все-таки необходима: имеется в виду немалое терпение и упорство в достижении поставленной цели.
      Мы уже говорили как-то о проблемах и трудностях химического синтеза пептидных молекул: они достаточно велики уже при синтезе линейных пептидов, но при синтезе циклов технические трудности возрастают чуть ли не на порядок. Что же касается синтеза бициклов, то даже просто для того, чтобы взяться за эту работу, нужно обладать смелостью, уверенностью в своих силах и исключительно высокой квалификацией: без этого попытка синтеза будет заранее обречена на провал.
      Прекрасно понимая, какие проблемы стоят на пути, две группы химиков независимо начали тем не менее синтез окситоциновых «бициклов», поскольку видели в этом возможность зафиксировать конформацию молекулы, соответствующую «модели Вальтера». Одна группа работала в Праге, в Институте органической химии и биохимии Академии наук ЧССР, под руководством М. Заорала, другая, во главе которой стоял О. Кауров, — в Ленинградском университете.
      Чехословацкие ученые решили закрепить «конформацию Вальтера», соединив валентной связью начало и конец остова молекулы, то есть синтезировать аналог вида:
      Группа О. Каурова попыталась имитировать в своем аналоге не просто «конформацию Вальтера», а ее «биологически активный» вариант, приблизив боковую цепь остатка Y к остатку N за счет валентной сшивки между боковыми цепями этих остатков:
      О. Кауров доложил об итогах проведенной работы в сентябре 1977 года на IV Всесоюзном симпозиуме по химии пептидов и белков в Мипске (кстати, там присутствовали и химики из ЧССР). Статья М. Заорала и В. Крхня-ка вышла в свет в том же году в декабрьском номере «Собрания чехословацких химических сообщений». На симпозиуме ленинградские ученые сообщили, что новый би-циклический аналог не является ни агонистом, ни антагонистом окситоцина, то есть как будто вообще не взаимодействует со специфическими окситоциновыми рецепторами. В статье чехословацких авторов об испытании биологической активности своего «бицикла» не было ни слова; некоторое время спустя по рассказам М. Заорала стало известно, что биологическое тестирование дало такой же результат, как и в Ленинграде, — отрицательный.
      Итак, в обоих случаях надежды исследователей не оправдались: бициклические аналоги окситоцина оказались неэффективными при взаимодействии с рецепторами. Неудача?
      Вовсе нет, недаром в научном фольклоре издавна бытует выражение: «Отрицательный результат — тоже per зультат». Наиболее очевидным итогом рабоъ О. Каурова и М. Заорала, хоть и негативным, явилось сохмнение в доселе непогрешимой «модели Вальтера»; даже только тень сомнения, потому что неэффективность «бициклов» могла быть объяснена еще многими причинами, помимо непригодности конформации, постулированной Р. Вальтером, к комплексообразованию с рецепторами. Но ведь и тень
      сомнения влечет за собой новые соображения и размышления и в конечном счете способствует продвижению вперед, дальнейшему развитию представлений о пространственной структуре окситоцина.
      Однако в работах «изобретателей бициклов» был и позитивный элемент: нельзя забывать, что О. Кауров сознательно рассчитывал на то, чтобы зафиксировать предполагаемую биологически активную конформацию молекулы чисто химическим путем — созданием дополнительного внутримолекулярного цикла, — и его бициклоокситоцин стал первым аналогом пептидного биорегулятора, сконструированным специально для этой цели. Вслед за О. Кауровым и даже одновременно с ним по тому же пути пошли многие пептидные драг-дизайнеры, но по край-
      пей мере приоритет в извещении о результатах направленного синтеза аналогов такого рода (пускай и отрицательных результатах) по праву остался за советской школой пептидной химии.
      Что же касается пространственной структуры окситоцина, то двумя годами позже группа исследователей из СССР опубликовала данные конформационных расчетов молекулы окситоцина, из которых следовало, что стабильные конформации молекулы довольно четко разделяются на две практически равноправные группы. Одна из них характеризуется «прямоугольным» строением циклической части, так же как и в «модели Вальтера», но без требуемого «моделью Вальтера» сближения концов молекулы, а вторая, наоборот, сближением концов, но зато резким искажением «четырехугольной» структуры циклической части. В связи с этим возникло обоснованное подозрение, что «модель Вальтера» является типичным «кентавром» — в ней совмещены «усредненные» структурные особенности, относящиеся, к двум совершенно различным типам конформаций окситоцина.
      Подобное усреднение вообще характерно для моделей пространственных молекулярных структур, построенных только по данным физико-химического эксперимента, без учета результатов теоретического конформационного анализа (впрочем, в год появления «модели Вальтера» кон-формационные расчеты пептидных молекул были еще в эмбриональном состоянии).
      Разумеется, результаты расчетов сами по себе нуждаются в экспериментальном подтверждении, но, если они верны, неудача с синтезом эффективных «бициклов» сразу же находит объяснение: с помощью «бициклов» пытались зафиксировать нечто на самом деле несуществующее — молекулярную химеру, «кентавра Вальтера».
      Таким образом увидеть «кентавра, как живого», иногда можно и на молекулярном уровне, однако и здесь он существует только в воображении если не художника, то ученого.
     
      ЧЕТЫРНАДЦАТЬ МИНУС ВОСЕМЬ РАВНО ЧЕТЫРНАДЦАТИ
      Любители математических головоломок ничуть не удивились бы, взглянув на арифметическое выражение 14 — — 8 = 14: они видали задачи и потруднее. Например, УДАР + УДАР = ДРАКА или И + 10 = 101; в первом
      из приведенных равенств надо заменить одинаковые буквы на одинаковые цифры (У = 8, Д = 1, А = 2, Р = 6, К = 5), а во втором — сообразить, что числа записаны не в десятеричной, а в двоичной системе. В таких примерах главпое — соблюдение всех правил формальной логики, но как раз в этом смысле равенство, вынесенное в заголовок, составляет исключение: в мире десятичных чисел шесть не равно четырнадцати, а в мире пептидных биорегуляторов такое случается, о чем и повествует следующая история.
      Без особого опасения ошибиться можно предположить, что у многих читателей нашей книги есть дети, еще не достигшие восемнадцати-девятнадцати лет, а, может быть, кое-кто из самих читателей, к собственному удовольствию,
      не дорос до этого возрастного рубежа. Слова «не дорос» следует здесь понимать буквально, хотя отдельные органы у человека обладают способностью расти в течение всей жизни (например, нос), свои основные «габариты» человеческий организм приобретает к восемнадцати-двадцати годам. А в условиях развившейся на наших глазах акселерации, ускорения роста — даже к шестнадцати-семна-дцати.
      Но бывает, к сожалению, и так, что шестнадцатилетний ребенок имеет комплекцию десятилетнего и на фопе своих сверстников-акселератов выглядит карликом. Взволнованные родители утешают себя тем, что дети вообще развиваются неравномерно, что ребенок отдаленных знакомых подрос на двадцать сантиметров1 уже в возрасте восемнадцати лет, — и, слава богу, иногда их надежды сбываются. А иногда — нет, и человек навсегда остается, мягко говоря, ниже среднего роста. Это — болезнь, и болезнь, прямо связанная с системой биохимической регуляции.
      Дело в том, что рост органов управляется особым гор-монохМ, который так и называется «гормон роста», или иначе — соматотропин. Этот гормон имеет пептидно-белковую природу, однако назвать его пептидным все же затруднительно: молекула соматотропина представляет собой цепочку из более чем сотни аминокислотных остатков, так что это скорее белок, чем пептид. В начальный период жизни в организхме должен поддерживаться определенный уровень концентрации соматотропина: устойчивое превышение такого уровня означает ускорение роста, акселерацию вплоть до возможного развития гигантизма (тоже болезнь), понижение — замедление роста.
      В свою очередь, уровень концентрации соматотропина регулируется еще одним пептидом, способньш блокировать процесс выделения соматотропина э кровь. В этом пептиде насчитывается четырнадцать аминокислотных остатков, он называется соматостатином и имеет аминокислотную последовательность вида: AGCKNFFWKTFTSC , то есть, как и окситоцин, является циклическим соединенивхМ с циклом, замкнутым между атомами серы боковых цепей двух остатков цистина. Понимание того, как действует соматоста-тин в организме и, в частности, как организовано его взаимодействие с рецепторами (а значит, и выяснение его конформационных особенностей), могло бы открыть путь к лекарственным средствам для борьбы с патологическими замедлениями роста; ясно поэтому, что пептидные драг-дизайнеры заинтересовались соматостатином.
      Наибольший успех при этом выпал на долю исследователей из США, работающих в известной фирме «Мерк». Изучение пептидных и белковых молекул в лабораториях этой фирмы возглавляет Р. Хирпгманн: на страницах нашей книги его фамилия еще не встречалась, но результаты его деятельности уже упоминались. Именно он руководил группой синтетиков, поставивших в 1969 году мировой рекорд по длине аминокислотной последовательности, полученной химическим синтезом, — 424 аминокислотных остатка белка рибонуклеазы А. Непосредственно соматостатином занялся доктор Д. Вебер с ближайшими сотрудниками, и исследуют его начиная с 1976 года до настоящего времени.
      Основные усилия Д. Вебер направил на поиск биологически активной конформации соматостатина, причем главными его методами были синтез и испытания активности конформационно-ограниченных аналотов молекулы. Выбор таких аналогов отличался, как мы увидим далее, снайперской точностью, обусловленной тщательными размышлениями и хорошим знанием конформационных особенностей отдельных аминокислотных остатков.
      Здесь надо сказать, что уже при самом своем возникновении в конце 60-х годов теоретический конформацион-ный анализ пептидов прежде всего изучил возможные конформации так называемых мононептидов, соединений, состоящих из двух пептидных групп, присоединенных справа и слева к боковой цепи.
      Оказалось, что допустимые конформации остова монопептидов с асимметрическими «левыми» боковыми цепями примерно одинаковы для большинства аминокислотных остатков, встречающихся в природных пептидах. Исключение составляют остаток пролина (Р) и -симметрическая аминокислота глицин (G). В то же время устойчивые конформации мононептидов с «правыми» боковыми цепями существенно иные, чем у соответствующих «левых» антиподов. Учитывая эти обстоятельства, иногда можно заранее предвидеть изменения пространственной структуры пептидной цепи при замене обычной асимметрической «левой» аминокислоты на пролин, глицин или «правый» изомер, но только изменения непосредственно в том положении, в котором произошла замена: пространственная структура молекулы в целом может сохраниться.
      Имея в виду эти соображения, Д. Вебер и приступил к планированию синтеза конформационно-ограниченных аналогов соматостатина. Экспериментальные физико-химические данные давали основание полагать, что, как и в случае окситоцина, циклическая часть молекулы напоминает четырехугольник, а вершинах которого находятся остатки Сз и Си, а с другой стороны — соседние аминокислоты W8 и Кэ; кроме того, было известно, что первые остатки: Ai и G2 могут быть «отрезаны» без ущерба для активности молекулы. Поэтому первый аналог, синтезированный Д. Вебером с сотрудниками, был таким:
      LeKNFFWKTFTSJ (греческая буква г обозначает здесь эпсилон-аминокапроновую кислоту; это название ничего не скажет широкому читателю, но химики знают, что это очень удобный «мостик» для соединения начальной и конечной функциональных групп пептидного остова).
      Новый аналог был полностью активным, и следующим шагом Д. Вебер попытался закрепить предполагаемый биологически активный «четырехугольник»: к тому времени исследования пространственной структуры показали, что такая конформация стабилизируется, если в одной, вполне определенной вершине «четырехугольника» заменить «левый» остаток на такой же «правый». В соответствии с этим был проведен синтез аналога LeKNFFWKTFTS («правая» аминокислота W подчеркнута), который проявил активность еще большую, чем природный пептид.
      Этот результат имел принципиальное значение, поскольку подтверждал гипотезу биологически активного «четырехугольника». В такой конформации сближенными должны были быть остатки N5 и Т12; при этом характер их боковых цепей, как было установлено ранее, не влиял на проявления активности соматостатина. И Д. Вебер принимает смелое решение: еще более закрепить биологически активную конформацию, заменив остатки N5 и Т12 на цистины с образованием между ними валентной связи. В итоге получился «бицикл» feKCFFWKTFCS , опять-таки сохраняющий полную активность соматостатина.
      Исследователи попробовали еще более сузить размер «внутреннего» цикла, и вновь им сопутствовала удача:
      аналог r?KxCFWKTCSi по-прежнему был высокоактивным (буквой у здесь обозначена гамма-аминомасляная кислота, сама по себе не встречающаяся в природных пептидах). Но зато перемещение «внутреннего» цикла, несимметричное относительно «центральных» остатков «четырехугольника» — И?К, к успеху не привело, поскольку у аналога уеKCFFWKCFTS-j было зафиксировано снижение активности.
      Значит, главное — это правильно зафиксировать изгиб цепи остова вокруг остатков И?К, входящий в состав биологически активной конформации молекулы, без чего утрата активности неизбежна. Но, может быть, такое условие, необходимое для проявления биологического эффекта, является и достаточным? Это предположение было проверено синтезом аналога fcFFWKTF , сохранившего
      довольно высокую активность, но уступающего активным «бициклическим» соединениям. Поэтому Д. Вебер вернулся к идее «бицикла», и действительно аналог peCFWKTC-j превзошел по своему биологическому действию как природный пептид, так и все предыдущие циклические аналоги.
      Но мало того, последний из «бициклов», как легко понять, является соединением, весьма жестким по своей пространственной структуре, и можно ожидать, что не только в комплексе с рецепторами, но и в растворе у него сохранится один предпочтительный тип конформации.
      Тогда по результатам физико-химических экспериментов легко составить довольно определенное представление об этой конформации и воссоздать ее модель, которая в отличие от «модели Вальтера» уже не будет усредненным «кентавром». Д. Вебер построил подобную модель и с помощью ЭВМ попытался отыскать пептид минимальной длины, которому можно было бы придать форму построенной модели. Таким пептидом оказался циклоаналог rPFWKTF--) , сохранивший, как было показано впоследствии, активность, сравнимую с активностью самого соматостатина.
      Вот и получилось в полном противоречии с законами формальной логики, что шесть аминокислот последнего аналога равняются четырнадцати аминокислотам природного соматостатина. То есть за счет удачного закрепления биологически активной конформации размер молекулы сократился более чем наполовину! Согласитесь, уже только это достижение драг-дизайнеров можно само по себе считать выдающимся. А ведь еще ничего не сказано о высокой селективности действия синтезированных циклоаналогов: они влияют на концентрацию в крови гормона роста и некоторых других гормонов, но не затрагивают, например, секрецию желудочного сока, что свойственно немо-дифицированному соматостатину. Самый короткий из «бициклов», кроме того, еще и устойчив по отношению к «нападениям» ферментов-пептидаз, причем настолько, что его можно принимать внутрь просто как обыкновенную таблетку.
      Но главное для драг-дизайнеров все же то, что на этом примере с блеском были подтверждены еще и сейчас неубедительные для некоторых химиков соображения о пользе исследований конформационно-функциональных отношений пептидных биорегуляторов и, в частности, их биологически активных конформаций.
     
      ЦИКЛЫ ЛИНЕЙНЫХ МОЛЕКУЛ
      Как бы ни были красочны описанные выше примеры успехов и неудач пептидных драг-дизайнеров, это все же только отдельные эпизоды их бурной деятельности. Зато история, которую мы начинаем рассказывать в этом разделе, знаменует собой нечто большее: рождение целого направления в изучении конформационно-функциональных отношений пептидов, что бывает не так уж часто.
      Впервые это направление заявило о себе в 1975 году на IV Американском пептидном симпозиуме, где советский ученый В. Иванов доложил о проведенных в нашей стране исследованиях пространственной структуры уже знакомого нам пептидного биорегулятора брадикинина — линейного соединения с аминокислотной последовательностью RPPGFSPFR.
      Случилось так, что конформации брадикинина исследовались независимо экспериментальными и теоретичес-
      кими методами в двух научных учреждениях. В Москве В. Иванов с сотрудниками под общим руководством Ю. Овчинникова проделал целый ряд экспериментальных измерений различных конформационных характеристик молекулы брадикинина в разных растворителях и пришел к выводу, что молекула не может быть полностью вытянутой, а должна иметь более или менее компактную пространственную форму.
      В то же время в Минске группа биофизиков, возглавляемая С. Галактионовым, осуществила конформационный расчет брадикинина и установила, что энергетически предпочтительные конформации молекулы относятся к числу квазициклических («квази» означает «как будто»): в центре последовательности, у остатка G, должен быть резкий излом остова, из-за чего ближе всего друг к другу подходят боковая цепь первого в цепи остатка R (заряженная положительно) и карбоксильная группа (заряженная отрицательно), замыкающая остов молекулы.
      Результаты этих расчетов хорошо согласовывались с экспериментальными данными Ю. Овчинникова и В. Иванова, и поэтому квазициклическая модель пространственной структуры брадикинина получила право на существование. И не только модель структуры данной молекулы, как таковая: авторы доклада на IV Американском пептидном симпозиуме хорошо понимали необычность своего предложения, и текст доклада в Трудах симпозиума был завершен фразой: «Более того, открыт новый принцип пространственной организации линейных пептидов, согласно которому молекулы образуют циклы благодаря ионному взаимодействию ионогенных групп, расположенных на противоположных концах молекулы».
      Вообще-то дело было не только в том, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу (именно этот элементарный факт отражает мудреное выражение «ионное взаимодействие ионогенных групп»): такое притяжение лишь закрепляет «ионной связью» и без того сближенные части молекулы. Но как раз гипотетическое наличие «ионной связи» между концами молекулы и подверглось наиболее ожесточенным нападкам противниковновой идеи квазициклизации, многие из которых попросту не могли себе представить, как это линейная пептидная цепочка вдруг примет циклическую форму.
      Сразу нашлось и резонное возражение: в водном растворе, этой естественной «среде обитания» пептидных биорегуляторов, заряженные группы окружены плотной оболочкой из молекул воды, и поэтому их взаимодействие резко ослаблено; следовательно, молекулярные квазициклы в воде должны разваливаться. Появились и новые экспериментальные работы по конформациям брадикинина, вроде бы противоречащие выводам доклада В. Иванова, — короче, как всегда, новая идея вызвала весьма разноречивые отклики.
      Нужен был решающий эксперимент, призванный либо окончательно подтвердить, либо окончательно опровергнуть модель квазициклического строения брадикинина. И здесь центр тяжести событий вновь переместился в Ригу, в лабораторию Г. Чипенса.
      Предложение рижан было простым и, пожалуй, даже очевидным: заменить «ионную связь» на обыкновенную валентную и проверить, будет ли получившийся циклический аналог обладать биологической активностью брадикинина. Но давайте не будем забывать, что все это происходило еще до появления известий о «бициклах» О. Каурова и Д. Вебера, до получения хоть каких-то сведений — экспериментальных либо расчетных — о биологически активных конформациях брадикинина, в те времена, когда, как упоминалось выше, идея о квазицикле брадикинина бьтла столько же привлекательной, сколько сомнительной. А ведь на синтез циклоаналога брадикинина должно было уйти немало времени и сил очень квалифицированных химиков — иначе результат, какой бы он ни был, был бы недостижимым. И все же Г. Чипенс пошел на риск вытащить лотерейный билет «без выигрыша» и поручил новый необычный синтез одному из наиболее талантливых своих сотрудников.
      Этим сотрудником был Ф. Мутулис, впоследствии лауреат Государственной премии СССР: он продумал и осуществил синтез циклоаналога LKPPGFGPFRp в котором остаток S был заменен на G (в линейном аналоге брадикинина такая замена не влияет на активность), а первый из остатков аргинина R — на остаток лизина К, боковая цепь которого была модифицирована и прочно, соединена валентной связью с концевым карбоксилом остова.
      Циклоаналог был испытан и проявил следующие биологические свойства: при введении в кровь крысам он действовал, как и природный брадикинин, — снижал давление крови, но не на протяжении нескольких секунд, а в течение более чем трех часов; зато никакого влияния на изолированный орган (кишка крысы), реагирующий на брадикинин, не было.
      Достигнутый успех окрылил рижских химиков: еще бы, в результате удалось не просто подтвердить квази-циклическую модель строения брадикинина, но и синтезировать аналог, обладающий длительным и к тому же высокоизбирательным биологическим эффектом. Кроме того, такой аналог имел шанс стать первым в ряду совершенно нового класса соединений, которые могли оказаться весьма перспективными с практической точки зрения — циклических аналогов линейных пептидов.
      Забегая вперед, скажем, что шанс осуществился: синтез циклоаналогов линейных пептидных молекул сейчас является чуть ли не генеральным направлением развития мирового пептидного драг-дизайна, и в этом немалая доля заслуги ученых из Института органического синтеза Академии наук Латвийской ССР. Они получили уже несколько десятков эффективных циклоаналогов различных типов пептидных биорегуляторов, так что перечислить все их попросту невозможно: мы расскажем лишь о нескольких работах, которые автор этой книги (хоть, может быть, и только он) считает принципиально важными для формирования самой идеи о циклах линейных пептидов.
      Нельзя, например, не упомянуть еще раз имени Ф. Мутулиса, который провел, подобно Д. Веберу (но ранее его!), исследование зависимости биологических свойств циклоаналога брадикинина от размеров цикла, добавляя в последовательность различные функциональные группы. Оказалось, что слишком «жесткое» сжатие брадикинина в кольцо, впрочем, как и слишком «свободное» взаимное расположение концов молекулы, одинаково плохо сказывается на активности: лучше всего проявила себя «золотая умеренность», олицетворенная в самом первом из синтезированных циклоаналогов. К тому же выяснилось, что разные аналоги обладают разной степенью избирательности, селективности биологических эффектов, присущих природному брадикинину, может быть, в силу закрепления различающихся биологически активных конформаций. (Это предположение было впоследствии подтверждено расчетом).
      Героем довольно интересной истории стала молекула иммунорегулятора тафтсина — TKPR. Как уже упоминалось, расчет советских исследователей показал, что все устойчивые конформации (в том числе, по-видимому, и биологически активная) организованы сходным образом: боковая цепь остатка К приближена к концевому карбоксилу остова. Однако группа польских ученых во главе с профессором И. Семионом из Вроцлава подвергла эту модель резкой критике и на основании некоторых данных физико-химических измерений предложила новый вариант биологически активной конформации тафтсина: квазицикл со сближением противоположных концевых групп остова.
      Стороны обменялись репликами в виде заметок в научных журналах и начали искать подспорье своим идеям: модель польских коллег вроде бы объясняла проявление тафтсиноподобных эффектов у нескольких ими же синтезированных линейных аналогов молекулы, а модель советских авторов как будто лучше согласовывалась с данными экспериментов, проведенных в ЧССР под руководством известного пептидного химика К. Благи. И неизвестно, как долго продолжалсябы подобный обмен любезностями (кавычки здесь можно опустить: И. Семион и его советские оппоненты оставались все это время в прекрасных личных отношениях), если бы не Н. Веретенникова, которая разрубила гордиев узел, синтезировав
      два циклоаналога тафтсина: TKPRJ u LTKPR » соответствующие двум конкурирующим моделям биологически активной конформации. После того как оказалось, что иммуностимулирующий эффект характерен лишь для одного из них — первого, дальнейшие дискуссии были уже излишними.
      Кроме того, продолжающиеся успехи в синтезе циклоаналогов отдельных линейных пептидов способствовали перестройке «линейной» теории «общего фрагмента» в «трехмерную». Хорошей иллюстрацией такой эволюции может послужить почти двадцатцлетняя эпопея исследований в ряду аналогов хорошо нам знакомого ангиотензина (DRVYIHPF), проводимых в лаборатории Г. Чипенса. Вначале предполагалось, что «общий фрагмент» (имеющий здесь вид RV) отвечает только за неспецифическую активацию рецепторов и его модификации могут увеличить активность биорегулятора. Действительно, П. Романовский и А. Павар синтезировали аналоги с некоторыми модификациями «общего фрагмента», которые оказались активнее самого ангиотензина (не исключено, однако, что главную роль здесь сыграло повышение устойчивости аналогов к воздействию ферментов-пептидаз особого рода).
      Затем во внимание было принято то обстоятельство, что остаток F, находящийся в другом конце молекулы, также влияет на уровень активаций рецепторов. Независимо проведенный теоретический конформационный анализ дал основание считать, что эти противоположные части молекулы сближены между собой, причем образующийся квазицикл «закрепляется» взаимодействием аминокислоты R «общего фрагмента» и Карбоксильной группы последней аминокислоты F. Следовательно, «общий фрагмент» влияет и на конформации молекулы. На этот раз, однако, простая замена «ионной связи» между боковой цепью остатка R и концевым карбоксилом валентной связью успеха не принесла: получившиеся циклоаналоги никакой активностью не обладали.
      Между тем Ю. Анцанс предпринял синтез серии аналогов ангиотензина с модификациями внешне несущественными, но по сути резко меняющими конформацию каждого из остатков, затронутых модификацией. В результате получилось несколько аналогов с резко различными способностями к комплексообразованию с рецепторами, но с одинаковым уровнем активации рецепторов. Когда были осуществлены конформационные расчеты каждого аналога, позволившие найти наборы их устойчивых конформаций, оказалось возможным построить модель биологически активной конформации ангиотензина, причем также квазициклическую.
      Варьируя размеры предполагаемого цикла, Ю. Анцанс получил в конце концов активные циклоаналоги ангиотензина, но с весьма странной активностью: вместо того, чтобы способствовать повышению кровяного давления, новые аналоги его понижали! Разобраться полностью, в чем тут дело, не удается до сих пор, так что в смысле модного в последнее время в художественной литературе «открытого конца», оставляющего поле для догадок и раздумий читателей, здесь все в порядке: в момент, когда автор пишет эти строки, ему известно, по крайней мере, три-четыре взаимоисключающих объяснения приведенного парадоксального результата, и предсказать, какое из них выживет, задача заведомо безнадежная.
      Увы, этот самый «открытый конец» — едва ли не единственный элемент художественности в изложении, которое почти несомненно сейчас начинает казаться читателю чуть более скучным, чем хотелось бы. Конечно, куда более привлекательным был бы рассказ о человеческих судьбах, характерах, спорах и компромиссах и о многом другом, что сопровождало внедрение в сознание исследователей хотя бы той же идеи о циклических аналогах линейных пептидов. Кстати, казалось бы, автор как непосредственный участник описываемых научных событий действительно мог бы кое-что порассказать, но он не станет этого делать, поскольку не в состоянии сохранить в этих вопросах беспристрастность: лучше не будем слишком далеко отходить от избранной нами линии комментирования чисто научных проблем, тем более что до конца книги остался единственный раздел.
     
      ЦИКЛЫ ПОРОЖДАЮТ ЦИКЛЫ
      В последнем разделе последней главы должно было бы содержаться, как полагается, подведение итогов. Но, имея дело с описанием современного состояния пептидного драг-дизайна, рассчитывать на это не приходится. И тем не менее попытаемся резюмировать: к началу восьмидесятых годов благодаря успехам в синтезе цик-ло- и бициклоаналогов мысль о полезности закрепления биологически активных конформаций пептидных биорегуляторов в целом была поддержана основной массой пептидных драг-дизайнеров. В самом деле, в случае удачной «конструкции» аналога пространственные структуры которого ограничены, можно получить соединение с повышенной эффективностью комплексообразования с рецепторами, причем не вообще со специфическими рецепторами, а даже с определенной их разновидностью, да еще и с очень важным свойством устойчивости по отношению к хищникам-ферментам.
      И эти качества, как показал эксперимент, вовсе не являются какими-то абстрактными, предполагаемыми для циклоаналогов теоретиками, — нет, они реально оказались присущими уже синтезированным пептидным молекулам: это-то и было главным аргументом, убедившим остававшихся скептиков. Поэтому в последнее время циклические аналоги линейных пептидов синтезируются весьма широко: становится все труднее назвать такой класс пептидных биорегуляторов, для которого не было бы предпринято ни одной попытки получения циклоаналога, — все новые и новые.сообщения такого рода приходят из США, Франции, Бельгии, Швейцарии, Канады и, конечно же, из нашей страны.
      Поскольку циклоаналоги призваны зафиксировать биологически активные конформации, естественно, что сведения, причем возможно более точные, о подобных конформациях стали пользоваться среди пептидных драг-дизайнеров повышенным спросом.
      Однако на сегодняшний день такие сведения — будь то догадки по результатам экспериментальных измерений или модели, предсказанные по расчетным данным, —
      особой детальностью не отличаются и поэтому существенное значение приобретают методы уточнения наших представлений о биологически активных конформациях. Это необходимо еще и потому, что иногда вопрос о степени доверия к предлагаемым моделям биологически активных структур может иметь принципиальный характер: в качестве примера приведем некоторое замешательство, происшедшее при исследовании «родоначальника» циклических аналогов линейных пептидов — цик-лобрадикинина.
      Сравнительно недавно группа канадских фармакологов убедительно доказала, что природный брадикинин способен образовывать комплексы, но крайней мере, с двумя типами специфических рецепторов, находящимися разных видах тканей и органов, но связанными (помимо других) с одной и той же биологической реакцией организма — понижением давления крови. Была изучена целая серия линейных аналогов брадикинина и выявлены аналоги с селективностью действия, то ость в большой степени «предпочитающие» тот или иной тип рецепторов.
      Руководствуясь этими данными, советские авторы рассмотрели с помощью теоретического конформацион-ного анализа аналоги, воздействующие на каждый из рецепторов брадикинина в отдельности, и предложили для обоих типов рецепторов модели биологически активных конформаций молекулы, причем эти конформации оказались различными в зависимости от вида рецептора.
      С другой стороны, циклоаналог брадикинина, как известно, также проявлял селективность действия, что, вполне вероятно, могло быть связано с закреплением какой-то одной из двух биологически активных конформаций. Проверить это предположение расчетом пространственных структур циклоаналога и сравнением их с предлагаемыми биологически активными конформациями было сравнительно просто, но результаты оказались обескураживающими: ни та ни другая биологически активная структура не вошла в круг устойчивых конформаций молекулы циклобрадикинина!
      Стало быть, либо циклоаналог понижает давление крови по иному, «небрадикининовому», механизму (и тогда, выходит, его биологическая активность — просто случайная удача, волосок, на котором висела вся концепция циклических аналогов линейных пептидов: окажись первый синтез неудачным, вряд ли рижане сочли бы, что следует продолжить поиски в этом направлении), либо у брадикинина есть другие, еще не охарактеризованные рецепторы, взаимодействие с которыми приводит к тому же биологическому эффекту, либо... либо появляется сомнение в надежности расчетных методов. Да, к сожалению, как уже неоднократно отмечалось, научная жизнь именно такова: десяток удач в применении того или иного подхода еще не повод для уверенности в одиннадцатой.
      Значит, уточнение предлагаемых моделей биологически активных конформаций действительно совершенно необходимо, и желательно, чтобы оно строилось на основе не какого-то одного приема, а совокупности методов исследования пространственных структур пептидов. И здесь огромной важности роль могут сыграть как раз эффективные циклоаналоги.
      Если помните, в прошлой главе мы сокрушались по поводу невозможности выделить из измеряемых «усредненных» структурных характеристик вклады, соответствующие различным устойчивым конформациям молекулы. Но ведь в молекуле циклоаналога число возможных конформаций заранее ограничено, и, следовательно, проблема «усреднения» не будет стоять так остро. А поскольку мы условились, что аналог биологически эффективен, легко понять, что и биологически активная конформация должна быть среди очень немногих энергетически допустимых пространственных структур такого аналога. Все сказанное в целом означает, что в этом случае есть надежда получить экспериментальные данные непосредственно о биологически активной конформации пептида и совместить их со сведениями, извлеченными из расчетного подхода.
      Конечно, на этом месте требуется стандартный (как принято говорить: дежурный) пример; однако ниже будет описан пример не совсем обычный и даже чуть-чуть экзотический. Начать хотя бы с того, что здесь фоном изложения должны, несомненно, послужить красные пески, голубое небо, огромные кактусы и ослепительно улыбающиеся наездники в белых стетсоновских шляпах. Так выглядят на присылаемых рекламных фотографиях и рождественских открытках окрестности города Таксона в американском штате Аризона, где расположен университет штата. В университете работает мощная исследовательская группа, во главе которой стоит один из ведущих пептидных химиков США, профессор В. Руби, и которая в последние годы почти полностью переключилась на синтез и исследование пространственных структур циклоаналогов линейных пептидов.
      Одним из таких аналогов был цикло-альфа-мелано-тропин: пептид алъфа-меланотропин среди своих прочих функций занимается в организме человека и многих животных регуляцией выделения кожного пигмента, и биологические испытания его аналогов проводятся, как правило, на коже земноводных — лягушек и ящериц. Разумеется, альфа-меланотропин интересует драг-дизай-неров не потому, что они озабочены перекраской лягушек в более приятный для глаза цвет: этот пептид имеет отношение и к таким проблемам, о которых лучше бы вообще не слышать, например, к образованию кожной злокачественной опухоли — меланомы.
      Так вот, цикло-альфа-меланотропин, синтезированный в лаборатории В. Руби, обладал совершенно удивительными качествами: чрезвычайно малая его доза, введенная лягушке, делала ее угольно-черной, причем на срок до двух недель. (Надо признаться, что цветные слайды с изображениями черных лягушек рядом с их нормальными желто-зелеными собратьями, которые В. Руби демонстрировал на симпозиуме в Риге, производили на собравшихся большое впечатление.) Иными словами, в данном случае цикл наверняка закреплял биологически активную конформацию природного пептида, что очень резко повышало способность аналога к комплексообразованию со специфическими рецепторами.
      Осуществив расчет и линейного пептида, и его циклоаналога, советские авторы обнаружили, что количество энергетически допустимых пространственных структур циклоаналога действительно крайне невелико и на роль биологически активных конформаций могут претендовать лишь две структуры. Эти данные сразу привлекли вни-мание В. Руби, и немедленно были начаты работы по экспериментальному изучению пространственной структуры циклоаналога в надежде на дальнейший контакт с советскими исследователями. Работы продолжают идти: цикло-альфа-меланотропин оказался крепким орешком, и окончательные результаты еще не получены, так что конец и здесь остается «открытым». Но тогда зачем вообще было приводить такой пример, заведомо зная о его незавершенности?
      А вот зачем: во-первых, в этом примере уже начинает просматриваться некий общий принцип, пока никем до конца не реализованный, но постепенно выдвигающийся на первый план современного пептидного драг-дизайна, — принцип создания новых аналогов в процессе последовательного уточнения биологически активной конформации. Вначале из экспериментальных или из теоретических соображений — неважно каким образом — возникает грубое представление о биологически активной структуре; затем эта структура фиксируется за счет получения конформационно-ограниченного аналога (в это понятие входят и циклоаналоги); аналог испытывается в биологическом эксперименте и проявляет либо не проявляет активность; наконец, его конформации подвергаются экспериментальному и теоретическому исследованию, и данные таких исследований служат основой для уточнения представления о модели биологически активной структуры, после чего цикл: синтез аналога — тестирование активности — изучение пространственной структуры — начинается заново.
      А во-вторых, неоконченный пример с цикло-альфа-меланотропином потому и не окончен, что действие продолжается сейчас, сию минуту и привести еще более свежую историю было бы и вправду затруднительно.
      Иными словами, наш рассказ о развитии пептидного драг-дизайпа подошел к концу, ибо мы уже затронули в буквальном смысле слова сегодняшние проблемы этой области; как пойдет развитие дальше, можно лишь предполагать. Вспомним основные этапы уже пройденного нами пути: сначала мы констатировали, что организм — сложная система и пептидные молекулы — один из тончайших и безошибочных инструментов ее регуляции.
      Далее внимание было обращено на то, что пептидные биорегуляторы в силу своих функций в организме способны стать очень хорошими лекарствами, со специфичным действием и отсутствием токсичности, но неустойчивыми и быстро распадающимися, так что еще лучшими кандидатами в лекарственные средства являются их аналоги — молекулы пептидных биорегуляторов с определенными модификациями. Но модификации следует проводить целенаправленно и, в частности, так, чтобы пространственная структура пептидного аналога была в высокой степени комплементарна структуре рецептора — молекулярного образования в мембране клетки, которое является необходимым посредником для воздействия пептидного биорегулятора на организм.
      Затем мы кратко рассмотрели теории и гипотезы о том, от чего зависит акт взаимодействия пептида с рецептором, и ознакомились с методами изучения пространственной структуры пептидов. Отдельно были обсуждены понятие биологически активной конформации пептидной молекулы и способы получения сведений об этой пространственной структуре. И наконец, мы описали наиболее типичные примеры неудач и успехов при попытках фиксирования биологически активной конформации путем создания циклических аналогов. Пока на этом приходится ставить точку.
      Что же касается перспектив пептидного драг-дизайна на будущее, то здесь автор может опять-таки поделиться
      только своими личными соображениями, и лишь время покажет, окажутся ли они справедливыми.
      Так, вслед за тщательным исследованием пространственной структуры пептидов (то есть сигнатуры, отвечающей за комплексообразование с рецепторами) было бы желательно столь же тщательно изучить, какие именно функциональные группы молекул отвечают за активацию рецепторов, вызывающих иной биологический эффект (если, конечно, здесь вообще существует какая-либо закономерность).
      Заманчивым представляется создание «псевдопептид-ных» соединений, где было бы сохранено взаимное пространственное расположение биологически важных функциональных групп молекулы, но «укрепленных» на остове иной химической природы, чем пептидный: такие соединения были бы куда устойчивее настоящих пептидов (хотя, впрочем, по-видимому, и токсичнее).
      По-настоящему же новая эра в «проектировании» пептидных лекарств откроется, когда биохимия сможет установить детали молекулярного строения рецепторов пептидных биорегуляторов: хотелось бы надеяться, что и автор и читатели доживут до такого момента и, более того, окажутся в состоянии воспринять новые идеи, которые, безусловно, хлынут в пептидный драг-дизайн в результате этих революционных открытий.
     
      ЗАКЛЮЧЕНИЕ
     
      Еще во введении мы попытались честно сформулировать, что же именно хотел сказать автор читателям, и на протяжении всей книги старались следовать взятым на себя обязательствам: рассказать о динамике развития исследований пептидных биорегуляторов, аналоги которых имеют шанс стать эффективными лекарственными средствами. Худо ли, хорошо ли, но этот рассказ завершен и обязательства в целом выполнены, во всяком случае, в той части, которая касалась чисто научных проблем, так что дополнительные несколько слов в заключение могут показаться излишними. Однако это не совсем так: напротив, представляется совершенно необходимым хотя бы вкратце ознакомить читателя не только с перспективами пептидного драг-дизайна, но и с конкретным практическим выходом исследований подобного рода, причем существующим не в отдаленном будущем, а уже сейчас, и не за тридевять земель, а в нашей стране. В конце концов миллионы пациентов интересует прежде всего реальная синица в руках — то, что уже находится на полках аптек и выписывается врачами, а не обещаемые лекарства будущего, какими бы привлекательными они ни представлялись.
      Тема практического использования результатов научных исследований в наши дни постоянно присутствует на страницах многочисленных газет и журналов, так что не составляет особого труда представить себе, как должен выглядеть репортаж о внедрении пептидных препаратов в практику. Более того, достаточно просто составить, как детские кубики, готовые словесные блоки, заимствованные из реальных газетных заметок на указанную тему, лишь чуть-чуть согласовав их друг с другом:
      «Еще несколько лет тому назад в Советском Союзе не существовало промышленного производства лекарств на основе молекул пептидной природы. Сегодня такое производство создано: на экспериментальном заводе Института органического синтеза АН Латвийской ССР вступил в строй цех пептидных препаратов.
      К настоящему времени он выпускает уже несколько гормональных средств, исключительно важных для медицины и ветеринарии. Это, например, ангиотензинамид — лекарство, применяющееся при хирургических операциях, сопряженных с большими кровопотерями, или пентагастрин, с помощью которого удается диагностировать некоторые заболевания желудка.
      Пептидные препараты приносят и значительный экономический эффект: использование гормона окситоцина при лечении болезней сельскохозяйственных животных сокращает потери в масштабах страны на десятки миллионов рублей в год. Плодотворная работа ученых и технологов, организовавших впервые в СССР выпуск пептидных лекарств в промышленных масштабах, по заслугам увенчана Государственной премией СССР».
      Все это полностью соответствует реальности: и перечисление отечественных пептидных лекарств, и цифры экономического эффекта, и упоминание о Государственной премии. И тем не менее это еще не вся правда: наряду с успехами технология производства пептидов испытывает и весьма серьезные трудности, замалчивание которых отнюдь не лучший способ их преодоления. Поэтому скажем хотя бы несколько слов о непарадной стороне промышленного выпуска пептидных препаратов.
      Тогда прежде всего придется заметить, что на сегодняшний день экспериментальный завод Института органического синтеза в Риге — единственный, где пептидные препараты синтезируются в заводских условиях, и те пять-шесть пептидных лекарств, которые он производит, составляют чуть ли не весь ассортимент такого рода продукции в нашей стране. (Хотя есть еще, например, препараты, разработанные в Институте иммунологии Минздрава СССР и ВКНЦ АМН СССР.) В последнее время начата организация еще одного-двух пептидных производств, но они, как и рижское, задуманы как экспериментальные базы при научных институтах и значительную часть сил должны будут уделять синтезу различных вариантов аналогов пептидов, из которых далеко не всем суждено стать лекарствами. А кто же будет налаживать массовый выпуск уже отработанных пептидных препаратов для медицины и сельского хозяйства?
      Пока этот вопрос висит в воздухе и, по-видимому, решится не скоро: слишком много препятствий и чисто технических, и организационных стоит на пути. Исходное сырье для синтеза пептидов — аминокислоты — производится химической промышленностью в недостаточных количествах и, главное, недостаточной чистоты. То же относится и ко многим необходимым химическим
      реактивам. Для пептидной химии требуются также кадры — химики весьма высокой квалификации, но пока их хватает, да и то не всегда, лишь для научных лабораторий. И так далее, и тому подобное — список неприятностей можно продолжить, но особого смысла в этом не будет: все равно преимущества пептидных лекарств перед обычными настолько велики, что упомянутые трудности неизбежно будут преодолены самой жизнью, развитием химии и медицины. И то, что пока находится в пробирках драг-дизайнеров, рано или поздно (лучше, конечно, раньше) обретет статус настоящего лекарственного средства. Ведь действительно, еще несколько лет назад... далее смотри воображаемую цитату, приведенную выше.
      И еще одно обстоятельство заслуживает, на наш взгляд, отдельного упоминания. Ранее уже говорилось вскользь об успехах генной инженерии в массовом производстве белковых молекул; не вдаваясь в подробности, можно отметить, что главная идея состоит здесь в перекладывании ответственности за синтез пептидно-белковой цепочки на микроорганизмы. А именно: химик синтезирует последовательность нуклеотидов, которая кодирует соответствующую последовательность аминокислот (что с чисто синтетической точки зрения сделать куда проще), а генные инженеры встраивают полученную от химиков нуклеотидную цепочку внутрь биохимического аппарата жизнедеятельности какой-нибудь подходящей бактерии. В результате обманутый микроорганизм начинает синтезировать желаемый белок или пептид с производительностью, немыслимой для химического синтеза, после чего остается только выделить этот белок в чистом виде.
      Описанная биотехнологическая процедура, казалось бы, подрывает устои обычной химической технологии производства пептидов, ибо, повторим еще раз, эффективность синтеза здесь выше на несколько порядков. Так что во многом горизонты развития промышленного изготовления пептидных препаратов связаны с биотехнологией: недаром она объявлена одним из приоритетных направлений развития научно-технического прогресса в нашей стране. Но тем не менее «хоронить» химический синтез пептидов еще рано. И не только потому, что трудно решить проблему выделения из бактерии наработанного пептида: нужно успеть сделать это прежде, чем он распадется под действием собственных пептидаз микроорганизма.
      Существует еще и принципиальное ограничение на микробиологический пептидный синтез: ни одна даже самая «способная» бактерия не сможет включить в синтезируемую пептидную цепочку «нестандартную», неко-дируемую аминокислоту или, например, аминокислоту «правой» конфигурации. Да и возможность получить заданный циклический аналог линейной аминокислотной последовательности с помощью микробов выглядит сомнительной. А ведь как раз такие «необычные» аналоги и могут, как следует из всего нашего изложения, оказаться наиболее перспективными фармакологическими препаратами. Следовательно, всемерное развитие технологии химического пептидного синтеза — также насущное требование не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня.
      И наконец, под самый занавес, но еще до окончательного прощания с читателем, позволим себе выразить искреннее пожелание, чтобы никакие лекарства — пусть даже и пептидные — как можно дольше не были нам нужны. А уж если они понадобятся, вспомним добрым словом драг-дизайнеров, о работе которых рассказывает эта книга. Впрочем, не только она: по нашему мнению, та же тема (хоть и на другом материале) гораздо более впечатляюще была уже изложена в 1959 году американским биохимиком Н. Апплцвейгом — автором шутливого рассказа под названием «Сага о новом гормоне», которым мы и завершим наше научно-художественное произведение:
      «За последние месяцы мир узнал об открытии трех чудодейственных лекарств тремя ведущими фармацевтическими фирмами. При ближайшем рассмотрении выяснилось, что все три препарата — это один и тот же гормон. Если вам интересно узнать, как одно и то же химическое соединение получает несколько разных названий, давайте проследим за щепочкой событий, предшествующих созданию чудотворного средства.
      Первым его обычно совершенно случайно открывает физиолог в погоне за двумя другими гормонами. Он дает ему название, отражающее -его функции в организме, и предсказывает, что новое соединение может оказаться полезным при лечении редкого заболевания крови. Переработав одну тонну свежих бычьих гланд, доставляемых прямо с бойни, он выделяет 70 граммов чистого гормона и отправляет их к специалисту но физхимии на анализ.
      физхимик обнаруживает, что 95 процентов очищенного физиологом гормона составляют разного рода примеси, а остальные 5 процентов содержат по крайней мере три разных соединения;. Из одного такого соединения он успешно выделяет Ю- миллиграммов чистого кристаллического гормона. На основе изучения его физических свойств он предсказывает возможную химическую структуру нового вещества и высказывает предположение, что его роль в организме, вероятнее всего, не совпадает с предсказаниями физиолога. Затем он дает ему новое название и переправляет химику-органику для подтверждения своих предположений о структуре соединении.
      Органик этих предположений не подтверждает и вместо этого обнаруживает, что новое соединение лишь одной метиловой группой отличается от вещества, недавно выделенного из дынной кожуры, которое, однако, биологически неактивно. Он дает гормону строгое химическое название, совершенно точное, но слишком длинное и непригодное поэтому для широкого употребления. Краткости ради за новым веществом сохраняется название, придуманное физиологом. В конце концов органик синтезирует 10 граммов нового гормона, но сообщает физиологу, что не может отдать ни одного грамма, ибо все эти граммы ему абсолютно необходимы для получения производных и дальнейших структурных исследований. Вместо этого он дарит ему 10 граммов того соединения, которое выделено из дынной кожуры.
      Тут включившийся в поиски биохимик внезапно объявляет, что он обнаружил этот же гормон в моче супоросных свиноматок. На том основании, что гормон легко расщепляется кристаллическим ферментом, недавно выделенным из слюнных желез южноамериканского земляного червя, биохимик настойчиво утверждает, что новое соединение есть не что иное, как разновидность витамина Bie, недостаток которого вызывает сдвиги в кислотном цикле у аннелидов. И меняет название.
      Физиолог пишет биохимику письмо с просьбой прислать южноамериканского червя.
      Пищевик находит, что новое соединение действует в точности так же, как «фактор ПФФ», недавно экстрагированный из куриного навоза, и поэтому советует добавлять его в белый хлеб с целью повышения жизнеспособности грядущих поколений. Чтобы подчеркнуть это чрезвычайно важное качество, пищевик придумывает новое название.
      Физиолог просит у пищевика кусочек «фактора ПФФ». Вместо этого он получает фунт сырья, из которого «фактор ПФФ» можно изготовить.
      Фармаколог решает проверить, как действует новое соединение на серых крыс. Со смятением он убеждается, что после первой же инъекции крысы полностью лысеют. Поскольку с кастрированными крысами этого не происходит, он приходит к заключению, что новый препарат действует, способствуя половому гормону сестостерону, и антагонистичен поэтому гонадотропному фактору в гипофизе. Отсюда он делает вывод, что новое средство может служить отличными каплями для закапывания в нос. Он изобретает новое название и посылает 12 бутылок капель вместе с пипеткой в клинику.
      Клиницист получает образцы нового фармацевтического продукта для испытания на пациентах с простудой лобных пазух. Закапывание в нос помогает весьма слабо, но он с удивлением видит, что три его простуженных пациента, до того еще страдавшие редкой болезнью крови, внезапно излечиваются.
      И он получает Нобелевскую премию».
     
      Агонист (эдесь)
      Адреналин
      Адренокортико-тропный гормон (АКТГ, кортико-тропин) Альфа-мелано-тропин
      Аминокислота
      Аминокислотная
      последователь-
      ность
      Аминокислотный остаток
      Ангиотензин
      Ангиотензин-
      превращающий
      фермент
      Ангиотензиноген
      Антагонист
      (здесь)
      Антитела
      Ацетилхолин
      Белки
      — химическое вещество, содействующее развитию определенного биологического эффекта.
      — гормон мозгового слоя надпочечников животных и человека. При эмоциональных переживаниях, усиленной мышечной работе содержание адреналина в крови повышается.
      — пептидный гормон животных и человека, вырабатываемый гипофизом. Стимулирует рост коры надпочечников и образование в ней стероидных гормонов.
      — пептидный биорегулятор, стимулирующий выработку кожного пигмента.
      — органическое соединение, содержащее карбоксильную (СООН) и аминогруппу (NH2). Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями для синтеза природных пептидов и белков.
      — набор аминокислотных остатков, соединенных в цепочку с помощью образования пептидных связей.
      — элементарный фрагмент аминокислотной последовательности вида... NH-RC(H) — СО...
      — пептид, образующийся в крови и регулирующий артериальное давление и водносолевой баланс организма. Стимулирует секрецию многих гормонов.
      — фермент, образующийся в легких и превращающий неактивный пептид проангиотензин в активный ангиотензин.
      — - белок-предшественник, содержащий в своей аминокислотной последовательности последовательность ангиотензина.
      — химическое вещество, противодействующее развитию определенного биологического эффекта, противоположность агониста.
      — сгустки белков (в основном иммуноглобулинов), синтезируемые клетками лимфы и взаимодействующие с «внешними» по отношению к организму молекулами, способствуя их уничтожению.
      — передатчик нервного возбуждения, образуется в нервной системе животных и человека.
      — высокомолекулярные органические вещества, построенные из остатков 20 амино-
      Белок-
      предшественник
      Биологически активная конформация
      Биологическое
      тестирование
      Брадикинин
      Вазопрессин
      Витамины
      Гастрин
      Гемоглобин
      Генетический код
      Гипертензия (то же, что гипертония)
      Гипоталамус
      кислот (до нескольких сотен остатков в цепи). Составляют основу процессов жизнедеятельности. В организме человека свыше миллиона различных белков.
      — белок, аминокислотная последовательность которого включает в себя последовательность другого биорегулятора, «вырезаемую» ферментами.
      — конформация пептида, за счет которой обеспечивается его комплексообразование с комплементарной поверхностью специфического рецептора.
      — процедура проверки наличия биологической активности у данного химического соединение
      — кинин, вызывающий понижение артериального давления, изменения проницаемости сосудов и другие эффекты.
      — пептидный гормон, вырабатываемый в гипоталамусе человека и животных; поступает в гипофиз, откуда выделяется в кровь. Имеет антимочегонное (антидиуре-тическое) действие. Показано также его влияние на память.
      — органические вещества, образующиеся в организме животных и человека или поступающие с пищей в незначительных количествах и необходимые для нормального обмена веществ и жизнедеятельности.
      — пептидный гормон человека и животных, вырабатываемый клетками слизистой оболочки желудка. Стимулирует секрецию желудочного сока.
      — белок, состоящий из четырех субъединиц, каждая из которых сходна с миоглоби-ном и соединена с железистым соединением — гемом. Переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам.
      — свойственная живым организмам единая система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. При этом тройкам нуклеотидов соответствуют те или иные аминокислоты, которые включаются в последовательность белков или пептидов.
      — заболевание сердечно-сосудистой системы, характеризующееся повышением артериального давления. Может иметь различное происхождение, в том числе нарушения деятельности почек (так называемая ренальная гипертензия).
      — отдел промежуточного мозга, в котором расположены центры вегетативной нервной системы. Регулирует многие функции
      Гипофиз
      Глобула (здесь) Гормоны
      Диабет сахарный
      Драг-дизайн
      Иммуноглобулины
      Иммунопептиды
      Инсулин
      Интерферон
      Нинины
      Комплементарность
      Конформации
      Конформационно-функциовальная организация пептидов
      Конформационные
      организма, осуществляет связь нервной и эндокринной систем.
      железа внутренней секреции позвоночных животных и человека, расположена у основания головного мозга. Оказывает влияние на рост, развитие, обменные процессы, ;регулирует деятельность других желез внутренней секреции, молекула белка, свернутая в плотный комок.
      биологически активные вещества различной химической природы, вырабатываемые *в организме специализированными органами (железами внутренней секреции) или клетками и оказывающие влияние ша деятельность других органов и тканей.
      болезнь обмена веществ, обусловленная недостатком в организме инсулина, в результате чего -повышается концентрация сахара в крови и развиваются другие нежелательные эффекты, процесс поиска новых лекарственных средств на основе «конструирования» молекул химических веществ с заданными биологическими свойствами, класс белков, обладающих активностью антител. Содержатся в плазме крови, синтезируются лимфатическими клетками и участвуют в создании иммунитета, пептидные биорегуляторы, воздействующие на функционирование иммунной системы организма.
      пептидный гормон животных и человека, вырабатываемый поджелудочной железой. Понижает содержание сахара в крови, защитный белок, вырабатываемый клетками млекопитающих и птиц в ответ ша заражение их «вирусами. Используется для профилактики и лечения вирусных болезней.
      пептидные биологически активные вещества, образующиеся в крови из белков-предшественников.
      взаимное соответствие в строении двух молекул, обеспечивающее их взаимодействие. Комплементарные структуры подходят друг к другу, как ключ к замку, цространственные формы, принимаемые молекулой «при вращении отдельных ее фрагментов вокруг одинарных валентных связей.
      положение, в соответствии с которым-различные биологические функции молекулы пептидного биорегулятора связываются с ее конформационными особенностями, то же, что теоретический конформацион-
      расчеты
      Лизоцим
      Метаболизм
      Миоглобин
      Нейромедиаторы
      Нейропептиды
      Нейротензин
      Нейротрансмит-
      теры
      Нуклеиновые кислоты
      Нуклеотиды
      Окситоцин
      Олигопептиды
      Пептид сна (точнее, пептид дельта-сна)
      Пептидазы
      Пептиды
      Последователь-
      ность
      Ренин
      ный анализ.
      — фермент, взаимодействующий с сахарами определенных типов и разрушающий оболочки бактериальных клеток.
      — обмен веществ, превращение различпых молекул внутри клеток.
      — белок, запасающий кислород в мышцах позвоночных животных и человека.
      — вещества, содействующие передаче возбуждения с нервного окончания на рабочий орган и с одной нервной клетки на ДРУгую.
      — класс пептидов, воздействующих на функционирование центральной нервной системы.
      — пептидный биорегулятор, обладающий рядом биологических функций: вызывает понижение температуры тела у человека и животных, изменения артериального давления и др. Возможно, является нейромодулятором или нейротрансмиттером.
      — вещества, участвующие в передаче нервного импульса; в большинстве случаев то же, что и нейромедиаторы.
      — высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В организме выполняют важнейшую роль по хранению и передаче наследственной информации.
      — класс химических соединений, представляющих собой составные части нуклеиновых кислот.
      — пептидный гормон позвоночных животных и человека, вырабатывается в гипоталамусе и через гипофиз поступает в кровь. Вызывает сокращение гладких мышц и молокоотделение.
      — пептиды, состоящие из небольшого количества (обычно не более 10 — 15) аминокислотных остатков.
      — олигопептид, выделенный из мозга млекопитающих и, возможно, влияющий на течение определенных фаз процесса сна.
      — ферменты, способствующие расщеплению пептидного остова у белков и пептидов.
      — органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью. От белков в этом смысле отличаются небольшими размерами пептидной цепи.
      — то же, что аминокислотная последовательность.
      — фермент, образующийся в почках!. Участвует в выделении в кровь ангиотензина: отщепляет от белка-предшественника апгиотензйногена неактивный фрагмент проангиотензин.
      Рецептор (здесь)
      Рибонуклеазы А и S
      Ригин
      Сигнатура (здесь) Скрининг
      Соматостатин
      Соматотропин (гормон роста)
      Стероиды
      Структурнофункциональная организация пептидов Субстрат
      Тафтсин
      Тахикинины
      Теоретический
      конформационный
      анализ
      Тестирование
      Тимопоэтин
      Тиреотоксикоз
      Трипсин
      Фармакология
      молекулярное образование, встроенное в клеточную мембрану, роль которого заключается в инициации биологической реакции в результате взаимодействия рецептора с биорегулятором, ферменты, способствующие расщеплению молекул нуклеиновых кислот особого типа (рибонуклеиновых). пептидный иммунорегулятор, последовательность которого содержится в последовательности белка иммуноглобулина G. Назван в честь города Риги, где открыт, наиболее существенная для передачи смысла часть информации, процесс отбора потенциальных лекарственных препаратов среди множества химических соединений.
      пептидный биорегулятор, воздействующий на процесс выделения гормона роста (со-матотропина); обладает и другими биологическими эффектами, белковый гормон позвоночных животных и человека, вырабатываемый гипофизом. Ускоряет poet тела, участвует в регуляции обмена веществ.
      класс органических соединений. Некоторые стероиды вырабатываются организмом человека и животных и являются гормонами и витаминами, положение, в соответствии с которым различные аминокислотные остатки в цепи пептидного биорегулятора отвечают за разные его биологические функции, химическое вещество, подвергающееся превращению под действием фермента, пептидный иммунорегулятор, последовательность которого содержится в последовательности белка иммуноглобулина G. Назван в честь университета Тафта (город Бостон, США), где открыт, группа кининов, характерным биологическим эффектом которых является ускорение сердечного ритма, процесс оценки устойчивости конформаций молекулы с помощью сопоставления каждой конформации рассчитанного значения внутримолекулярной энергии, то же, что биологическое тестирование, пептидный иммунорегулятор, продукт жизнедеятельности вилочковой железы — тимуса.
      заболевание, обусловленное повышенной функцией щитовидной железы, пищеварительный фермент, в организме участвует в расщеплении белков в кишечнике.
      наука, изучающая действие лекарствен-
      Ферменты
      Химиотерапия
      Энантиомеры
      {здесь)
      Эндокринология
      Эндорфины
      Энкефалины Энниатин В
      ных веществ на организм человека и животных.
      — белки, выполняющие в организме функции катализаторов (ускорителей) биохимических процессов.
      — лечение с помощью специальных лекарственных препаратов, представляющих собой индивидуальные химические вещества или их стрбго дозированные смеси.
      — химические соединения, которые по структуре являются зеркальными изображениями друг друга.
      — раздел медицины, изучающий строение и функции желез внутренней секреции, продукты их жизнедеятельности, а также, заболевания, связанные с нарушением их функций.
      — класс пептидных биорегуляторов, наиболее характерным эффектом которых является взаимодействие с рецепторами морфина и, следовательно, обезболивающее действие.
      — небольшие нейропептиды, еще проявляющие свойства, характерные для эндорфи-нов в целом.
      — депсипептидный циклический антибиотик, все боковые цепи которого одинаковы и отличаются лишь регулярным чередованием «левых» и «правых» эпантиомеров.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.

 

 

На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиДетская библиотека

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru