ChemNet
 

26

         К полудню следующего дня от моей схемы не осталось камня на камне. Против меня был тот неприятный химический факт, что я выбрал не те таутомерные формы гуанина и тимина. Еще до того, как обнаружилась эта печальная истина, я наспех позавтракал в "Лакомке" и ненадолго вернулся к себе в Клэр, чтобы ответить на письмо Макса Дельбрюка, который сообщал, что специалистам из Калифорнийского технологического института моя статья по генетике бактерий показалась недостаточно обоснованной. Тем не менее, если я этого хочу, он пошлет рукопись в "Труды Национальной Академии наук". Таким образом, я опубликую нелепую идею еще молодым, и у меня будет время одуматься, прежде чем я окончательно утвержусь на гибельном пути.

          Сначала это послание возымело желаемое обескураживающее действие. Но теперь, воодушевленный тем, что я, возможно, уже получил самовоспроизводящуюся структуру, я подтвердил, что не сомневаюсь в правильности своих представлений о половом размножении бактерий. Не удержавшись, я добавил, что как раз сегодня изобрел для ДНК изящную структуру, совершенно непохожую на структуру Полинга. Несколько секунд я колебался, не сообщить ли подробности, но решил, что времени на это у меня нет, быстро бросил письмо в почтовый ящик и помчался в лабораторию.

          Письмо не пробыло на почте и часа, а я уже знал, что жестоко промахнулся. Едва я ворвался в наш кабинет и начал объяснять свою схему, как американский кристаллограф Джерри Донохью заявил, что она никуда не годится.

128a.gif (3438 bytes) 128b.gif (3827 bytes)

Различные таутомерные формы гуанина и тимина, которые могут входить в состав ДНК. (Атомы водорода, способны изменять свое расположение, заштрихованы.)

По мнению Джерри, те таутомерные формы, которые я взял из книги Дэвидсона, неверны. Я тут же возразил, что и в других учебниках гуанин и тимин изображены в енольной форме, но это не произвело впечатления на Джерри. Он злорадно объяснил, что в течение многих лет химики-органики совершенно произвольно отдавали предпочтение одним таутомерным формам перед другим, опираясь на весьма шаткие доводы Учебники органической химии засорены изображениями чрезвычайно маловероятных таутомерных форм. А формула гуанина, которую я сую ему под нос, почти наверняка липовая. Химическая интуиция Джерри подсказывала ему, что природный гуанин должен существовать в кето-форме. По мнению Джерри, енольная форма неправильно приписывалась и тимину, которому тоже должна быть свойственна кето-форма.

         Однако никаких неопровержимых доказательств в пользу кето-форм Джерри привести не мог. Он сознался, что может сослаться только на одну кристаллическую структуру - дикетопиперазин, пространственная конфигурация которого была тщательно изучена несколько лет назад в лаборатории Полинга. В этом случае, несомненно, присутствовала кето-форма, а не енольная. Но Джерри был убежден, что опирающиеся на квантовую механику доводы в пользу кето-формы дикетопиперазина верны также и для гуанина и тимина. Поэтому мне горячо порекомендовали больше не тратить времени на эту идиотскую схему.

         Конечно, хотелось верить, что Джерри просто заврался, но отмахнуться от его возражений я не мог. Если не считать Лайнуса, Джерри знал о водородных связях больше всех в мире. Он много лет изучал в Калифорнийском технологическом институте кристаллические структуры небольших органических молекул, и я не мог утешать себя тем, что он не понимает существа нашей работы. Он занимал стол в нашем кабинете уже шесть месяцев, и я еще ни разу не слышал, чтобы он судил о том, в чем не разбирался.

         Очень расстроенный, я вернулся к своему столу, надеясь все-таки отыскать какую-нибудь зацепку которая спасла бы идею соединения подобного с подобным. Но было ясно, что новое требование наносило ей смертельный удар. Если поставить атомы водорода в кето-положение, то несоответствие в размерах между пуринами и пиримидинами становилось еще более разительным. Очень трудно было представить себе полинуклеотидный остов, изогнутый до такой степени, чтобы в нем могла поместиться нерегулярная последовательность таких оснований. И даже этот луч надежды погас, когда пришел Фрэнсис. Он тут же сообразил, что структура, в которой подобное соединялось бы с подобным, давала бы кристаллографический период, равный 34 А, лишь в том случае, если бы каждая цепь образовывала спираль с величиной витка 68 А. Но это означало бы, что угол поворота между смежными основаниями составляет 18o, а последняя возня с моделями убедила Фрэнсиса, что такая величина совершенно исключена. Кроме того, Фрэнсису не понравилось, что подобная структура не объясняет правил Чаргаффа (соответствие количеств аденина и тимина, гуанина и цитозина). Я, однако, продолжал относиться к данным Чаргаффа с недоверием. Поэтому я обрадовался обеденному перерыву, когда, слушая веселую болтовню Фрэнсиса, отвлекся от своих огорчений и задумался над тем, почему девушки au pair пренебрегают студентами.

          После обеда я не спешил вернуться в лабораторию, опасаясь, как бы попытки втиснуть кето-формы в какую-нибудь новую схему не завели меня в тупик, после чего мне волей-неволей придется признать тот печальный факт, что ни одна схема образования регулярных водородных связей не соответствует рентгеноструктурным данным. До тех пор пока я оставался вне лаборатории, любуясь цветочками, еще можно было надеяться, что все же получится какое-то изящное расположение оснований. К счастью, когда мы наконец поднялись в кабинет, оказалось, что у меня есть предлог отложить решающую попытку еще по крайней мере на несколько часов: не были готовы металлические модели пуринов и пиримидинов, необходимые для систематической проверки всех мыслимых возможностей образования водородных связей. И получить их мы могли не раньше чем через два дня. Даже я не в силах был столько времени томиться в неизвестности, а потому остаток дня потратил на вырезывание точных изображений этих оснований из толстого картона. Однако, когда они были готовы, я сообразил, что поиски ответа придется отложить до завтра: вечером я шел в театр вместе с компанией из пансиона Камиллы.

          Утром, явившись первым в наш кабинет, я быстро убрал со своего стола все бумаги, чтобы получить большую ровную поверхность, где можно было бы складывать пары оснований, соединенных водородными связями. Сначала я было вернулся к своим парам одинаковых оснований, но скоро убедился что это тупик. Тут пришел Джерри; я поднял глаза, увидел, что это не Фрэнсис, и снова начал раскладывать основания так и эдак. И вдруг я заметил, что пара аденин - тимин, соединенная двумя водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанин - цитозин, тоже соединенная по меньшей мере двумя водородными связями. Эти водородные связи образовывались как будто вполне естественно: чтобы придать обеим парам одинаковую форму, не приходилось прибегать ни к каким натяжкам. Я тут же подозвал Джерри и спросил, есть ли у него какие-нибудь возражения против этих новых пар оснований. Когда он ответил, что возражений нет, я воспрянул духом, подумав, что теперь мы могли решить и загадку, почему число пуриновых остатков точно соответствует числу пиримидиновых. Если пурин всегда соединяется водородными связями с пиримидином, то две нерегулярные последовательности оснований прекрасно укладываются регулярно в центре спирали. При этом аденин всегда должен спариваться только с тимином, а гуанин только с цитозином, и правила Чаргаффа, таким образом, неожиданно оказывались следствием двуспиральной структуры ДНК А главное, такая двойная спираль подсказывала гораздо более приемлемую схему репликации,чем моя недолговечная идея о спаривании подобного с подобным. Постоянное соединение аденина с тимином и гуанина с цитозином означало, что последовательности оснований двух переплетенных цепей комплементарны друг другу. Любая данная последовательность оснований одной цепи автоматически определяла последовательность другой. Поэтому было очень легко представить себе, как одна цепь может стать матрицей для синтеза другой.

132a.gif (4414 bytes) 132b.gif (4332 bytes)

Пары аденин - тимин и гуанин - цитозин, вошедшие в состав модели двойной спирали (пунктиром показаны водородные связи).

Предположение о возможности образования третьей водородной связи между гуанином и цитозином было отвергнуто, так как кристаллографическое изучение гуанина подсказывало, что такая связь должна быть очень слабой. Теперь известно, что этот вывод был ошибочным и между гуанином и цитозином можно провести три прочные водородные связи.

         Явившийся наконец Фрэнсис не успел еще войти, как я объявил, что теперь дело в шляпе. Хотя первые несколько минут он из принципа сохранял скептицизм, но совпадение формы пар А-Т и Г-Ц произвело на него ожидаемое впечатление. Быстро сложив другие возможные варианты пар, он не нашел иного способа соблюсти правила Чаргаффа. Еще несколько минут спустя он заметил, что две глюкозидные связи (соединяющие основание и сахар) каждой пары оснований систематически связаны осью симметрии второго порядка, перпендикулярной оси спирали. В результате обе пары можно было перевернуть, и их глюкозидные связи все-таки оставались направленными в ту же сторону. А из этого следовало, что каждая данная цепь может включать одновременно и пурины и пиримидины. Вместе с тем это означало, что остовы обеих цепей должны иметь противоположное направление.

          Оставался вопрос, подойдут ли пары А-Т и Г-Ц к конфигурации остова, построенной нами в предыдущие две недели. На первый взгляд это казалось вполне вероятным, так как в центре остова я оставил немало пустого места для оснований. Однако мы оба знали, что цель будет достигнута, только когда мы построим полную модель, удовлетворяющую всем стереохимическим требованиям. Приходилось учитывать и тот факт, что речь шла о вопросе чрезвычайной важности, и не следовало раньше времени кричать "Эврика!". Вот почему мне стало не по себе, когда в обеденный перерыв Фрэнсис принялся рассказывать всем, кто был в "Орле", что мы раскрыли секрет жизни.


27

         Теперь Фрэнсис занимался только ДНК. В тот день, когда было установлено, что пары А-Т и Г-Ц имеют одинаковую форму, он попробовал вернуться к измерениям для своей диссертации, но толку из этого не вышло. Он то и дело вскакивал со стула, озабоченно смотрел на картонные модели, составлял новые комбинации, потом, снова обретя уверенность, объяснял мне всю важность нашего открытия. Мне было очень приятно слушать его заявления, хотя им и недоставало того оттенка небрежности, который в Кембридже считается обязательным. Было просто невозможно поверить, что структура ДНК раскрыта, что ответ невероятно интересен и что наши имена будут так же тесно связаны с двойной спиралью, как имя Полинга с alpha.gif (828 bytes)-спиралью. Когда в шесть часов открылся "Орел", мы с Фрэнсисом пошли туда обсудить планы на ближайшие несколько дней. Фрэнсис считал, что следует, не теряя времени, заняться конструированием пространственной модели. Чтобы генетики и биохимики-нуклеинщики больше не тратили напрасно время и силы, их надо как можно скорее поставить в известность о нашем открытии, чтобы они смогли перестроить свои исследования в соответствии с ним. Я не меньше его хотел построить полную модель, но больше думал о Лайнусе и о том, что он может наткнуться на эти же пары оснований, прежде чем мы ему сообщим о них.

          Однако в этот вечер нам не удалось окончательно обосновать двойную спираль. Без металлических оснований модель получилась бы слишком неряшливой и поэтому неубедительной. Я вернулся к Камилле, чтобы сказать Элизабет и Бертрану, что мы с Фрэнсисом, кажется, опередили Полинга и что наше открытие произведет переворот в биологии. Они искренне обрадовались: Элизабет - от гордости за брата, а Бертран - потому что теперь у него появилась возможность рассказывать о приятеле, который получит Нобелевскую премию. Питер тоже пришел в восторг и как будто совсем не огорчился от того, что его отца ждало большое научное поражение.

На следующее утро я проснулся в чудесном настроении. В "Лакомку" я шел не торопясь, любуясь готическими шпилями часовни Кингз-колледжа, четко вырисовывавшимися на фоне весеннего неба. Ненадолго я остановился, чтобы поглядеть на недавно подновленный корпус Гиббса, великолепный образчик архитектуры XVIII века, и подумал, что своим успехом мы во многом обязаны тем долгим ничем не примечательным промежуткам времени, когда просто гуляли среди колледжей или втихомолку просматривали новые книги, поступавшие в лавку Хеффера. С удовольствием почитав "Таймс", я направился в лабораторию, где Фрэнсис, который на этот раз пришел бесспорно раньше меня, раскладывал картонные пары оснований вдоль воображаемой оси. Измерения как будто подтверждали, что и те и другие пары оснований прекрасно войдут в конфигурацию остова. Позже к нам заглянули по очереди Макс и Джон, чтобы посмотреть, по-прежнему ли мы уверены, что не ошибаемся. Каждому из них Фрэнсис прочитал краткую, но обстоятельную лекцию, а я во время второй сбегал вниз, в мастерскую, узнать, не могут ли там закончить изготовление пуринов и пиримидинов еще до конца дня.

          Достаточно было одной просьбы, и через два часа последняя пайка была завершена. Мы сразу же пустили блестящие металлические пластинки в дело и принялись строить модель, в которой впервые были налицо все компоненты ДНК. Примерно за час я расположил атомы так, как того требовали и рентгенографические данные и законы стереохимии. Получилась правозакрученная двойная спираль с противоположным направлением цепей. С моделью удобнее работать одному, и Фрэнсис не вмешивался до тех пор, пока я не отступил назад и не сказал, что, по-моему, все подошло. Хотя один межатомный промежуток оказался немного короче оптимального, он согласовывался с некоторыми опубликованными величинами и не вызывал у меня тревоги. Фрэнсис повозился с моделью минут пятнадцать и не нашел никаких ошибок. Правда, временами он хмурился, и тогда у меня падало сердце. Но всякий раз он приходил к выводу, что все верно, и принимался проверять следующее межатомное расстояние. Когда мы отправились ужинать к Одил, все выглядело прекрасно. За столом разговор вертелся вокруг того, как будет лучше всего сообщить о нашем открытии. В первую очередь, конечно, надо было поставить в известность Мориса. Но памятуя о позапрошлогоднем фиаско, мы решили держать все в секрете от Кингз-колледжа до тех пор, пока не получим точных координат всех атомов. Ведь ничего не стоило так подогнать межатомные промежутки, что каждый из них выглядел бы почти приемлемым, но все в целом оказалось бы энергетически невозможным.

135.gif (15016 bytes)

Схематическое изображение двойной спирали.

Ее наружная поверхность образована двумя переплетенными сахаро-фосфатными цепями, в то время как в центре расположены плоские пары оснований, соединенные водородными связями. Представленная в таком виде структура напоминает винтовую лестницу с парами оснований вместо ступенек.

         Мы были уверены, что избежали подобной ошибки, но на наше суждение могла повлиять заманчивость комплементарной молекулы ДНК с точки зрения биологии. Поэтому следующие несколько дней мы решили потратить на то, чтобы замерить относительное расположение всех атомов одного из нуклеотидов. Благодаря спиральной симметрии размещение атомов в одном нуклеотиде автоматически определило бы положение всех остальных.

          После кофе Одил спросила, придется ли им все таки ехать в бруклинскую ссылку, если наше открытие действительно так сенсационно, как все говорят. Может быть, следует остаться в Кембридже и решать другие столь же важные проблемы? Я пытался успокоить ее, объясняя, что далеко не все американцы носят короткую прическу, так же как не все американские женщины ходят по улицам в белых носках. Тут я допустил дипломатический просчет, упомянув, что величайшее преимущество Штатов - огромные просторы, куда никто не ездит. Одил пришла в ужас при мысли, что она столько времени пробудет вдали от модно одетых людей. Вместе с тем ей трудно было поверить, что я не шучу, так как я совсем недавно заказал портному облегающую спортивную куртку, совершенно непохожую на мешки, которые обычно напяливают на себя американцы.

          На следующее утро Фрэнсис опять явился в лабораторию раньше меня. Когда я вошел, он уже закреплял модель на стойке, чтобы определять координаты атомов. Пока он двигал атомы взад-вперед, я сидел на столе и сочинял в уме письма, которые скоро напишу, сообщая, что мы обнаружили кое-что интересное. Иногда Фрэнсис недовольно хмурился: ему требовалась моя помощь, чтобы модель не развалилась, а пока он переставляет зажимы, а я, занятый своими мечтами, ничего не замечал.

          Теперь мы уже знали, что я совершенно напрасно поднимал шум из-за ионов Mg2+. Скорее всего, Морис и Рози были правы, утверждая, что имеют дело с натриевой солью ДНК. Но при внешнем сахаро-фосфатном остове вопрос о соли терял значение: в двойную спираль легко укладывалась любая из них.

          Днем к нам впервые заглянул Брэгг. Последние дни он лежал дома с гриппом и, находясь еще в постели, услышал, что мы с Криком придумали остроумную структуру ДНК, которая может оказаться очень важной для биологии. Вернувшись в лабораторию, он в первую же свободную минуту отправился к нам, чтобы убедиться в этом своими глазами. Он сразу же заметил комплементарность обеих цепей и понял, что соответствие числа пар аденина с тимином и гуанина с цитозином логически вытекает из регулярно повторяющейся формы сахаро-фосфатного остова. Так как он ничего не знал о правилах Чаргаффа, я сообщил ему экспериментальные данные, касающиеся соотношения оснований, и заметил, что на него произвела большое впечатление мысль о возможной их роли в репликации генов. Когда дело дошло до рентгеноструктурных результатов, он понял,почему мы еще не уведомили об открытии группу из Кингз-колледжа.

138.gif (56209 bytes)

Его, однако, встревожило, что мы до сих пор не спросили мнения Тодда. Хотя мы и сказали, что с органической химией у нас все в порядке, это его не успокоило. Бесспорно, перепутать химические формулы мы вряд ли могли, но Фрэнсис говорил так быстро, что Брэгг сомневался, способен ли он вообще остановиться, чтобы можно было усвоить нужные факты. Поэтому мы обещали пригласить Тодда сразу же, как получим координаты атомов. Окончательное уточнение координат было закончено на следующий вечер. Не располагая точными рентгеноструктурными данными, мы не были уверены, что избранная нами конфигурация абсолютно правильна. Но это нас не беспокоило, так как мы хотели лишь установить, что хотя бы одна данная двухцепочечная комплементарная спираль стереохимически возможна. Иначе нам могли возразить, что хотя наша идея и изящна, но форма сахаро-фосфатного остова этого не допускает. К счастью, теперь мы знали, что это не так, и отправились обедать, уверяя друг друга, что такая изящная структура просто должна существовать. Теперь, когда напряжение осталось позади, я отправился играть в теннис с Бертраном, сказав Фрэнсису, что ближе к вечеру напишу про двойную спираль Луриа и Дельбрюку. Мы договорились также, что Джон Кендрью позвонит Морису и пригласит его посмотреть, что соорудили мы с Фрэнсисом. Ни Фрэнсису, ни мне не хотелось брать это на себя: утром Фрэнсис получил от Мориса письмо, в котором тот сообщал, что берется теперь вплотную за ДНК и намерен особое внимание уделить постройке модели.

Первая демонстрационная модель двойной спирали (расстояние дано в ангстремах).

          




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору