Двойная спираль. Забытые герои сражения за ДНК - Гарет Уильямс

какой-то мере удивлен», что Бернал подтвердил его собственные результаты «трех– или четырехлетней давности», теперь он намеревался рассмотреть их «более подробно». Выпроводив Бернала, Астбери уговорил Касперссона и Зигнера выслать немного тимонуклеиновой кислоты высшей степени очистки и, хотя она не имела никакого отношения к «многослойным белкам», попросил Флоренс Белл сделать ее второй частью своей диссертации.

Это была самая чистая полученная на тот момент тимонуклеиновая кислота[445], что достигалось за счет кропотливого тщательно контролируемого процесса выделения. Она образовывала привлекательные «белоснежные волокна своеобразной консистенции, напоминавшие нитроцеллюлозу» и была настолько вязкой в концентрированном растворе, что его нельзя было налить. Белл подоспела с оригинальным методом[446], чтобы вытянуть эти длинные тонкие молекулы и разложить друг рядом с другом, за счет чего рентгеновские лучи могли бы глубже заглянуть в их структуру. С помощью вентилятора она высушила вязкий раствор на стеклянной пластине, нанесла еще один слой раствора и повторила процесс. В результате у нее получилась «красиво переливающаяся» пленка из тимонуклеиновой кислоты, которую она разрезала лезвием на двухмиллиметровые полосы, затем растянула их так, что они стали в два раза длиннее, и поместила в рентгеновскую камеру. Ее усилия и чистота состава окупились. На рентгеновском снимке прослеживалась та же длина периода 3,34 Å вдоль оси волокна, но она была видна четче, чем раньше.

Астбери и Белл выжали все, что только могли из этих «поразительных, хотя все еще довольно непонятных» снимков. Их результаты точно соответствовали прогнозам Касперссона относительно длинной цилиндрической молекулы, состоящей из сотен элементов – оснований – уложенных друг на друга штабелями. Рентгеновские снимки дополнили эту концепцию: основания в сочетании с сахаром дезоксирибозой образовывали плоские элементы, которые отступали под прямым углом через каждые 3,34 Å от длинной оси молекулы. Вся эта система выглядела как «стопка пенни»[447] – а точнее, пар пенни (сахар и основание), спаянных вместе, – подвешенных в невесомости на расстоянии 3,34 Å друг от друга. Третий компонент тимонуклеиновой кислоты, фосфатные группы, соединяются в нить, проходящую через весь цилиндр сверху донизу и формирующую остов, на котором держится все это хитроумное сооружение (Рис. 13.1).

Поскольку размеры оснований были известны, Астбери и Белл могли рассчитать основные параметры молекулы. Диаметр молекулы тимонуклеиновой кислоты составлял всего 20 Å, при этом в длину она достигала целых 6000 Å, в ней содержалось почти 2000 нуклеотидов (элемент со структурой основание+сахар+фосфат). Ее молекулярная масса – между 500 000 и 1 миллионом – была гораздо больше, чем рассчитал Феб Левен, и сопоставима с величиной, выведенной Касперссоном на основе ее физических свойств.

Эти результаты – чистые, вызывающие доверие, новые и соответствующие независимым данным – вполне подхододили для журнала Nature. Статья Астбери и Белл[448] о «рентгеновской структуре тимонуклеиновой кислоты» была опубликована 23 апреля 1938 года, всего через три месяца после статьи Касперссона о «Форме и размере молекулы тимонуклеиновой кислоты» – и всего за три месяца до статьи Астбери и Белла о многослойных белках[449], которые фигурировали в первой части ее диссертации.

Рис. 13.1. Структура ДНК в виде «стопки пенни», предложенная Биллом Астбери в 1938 г.

Если посмотреть на модель тимонуклеиновой кислоты, предложенную Астбери и Белл, легко заметить, чем она отличается от структуры ДНК, открытой Уотсоном и Криком. Самое очевидное отличие – одинарный характер этой модели. На цилиндрической стопке пенни все и заканчивалось, не было второй половины, которая могла бы ее удвоить. Стопка была идеально прямой, и отсутствовали основания полагать, что может иметься какой-то изгиб. Меньше бросается в глаза, что плоские элементы, расположенные на расстоянии 3,34 Å друг от друга и представленные Астбери в виде пенни, не были похожи не ступени винтовой лестницы гена BRCA-1, по которой вы спускались в главе 1. Каждая из тех ступенек состояла из двух соединенных друг с другом неравных частей, и каждая половина ступени представляла собой одно из оснований – аденин, гуанин, цитозин или тимин. Пенни Астбери были совсем другими – каждый состоял из одного из оснований, соединенных с сахаром – дезоксирибозой.

Очевидно, что за 15 лет, отделявших Астбери и Белл (Nature, апрель 1938 года) от Уотсона и Крика (Nature, март 1953 года), нужно было проделать большую работу. Ретроспективный взгляд не делает нас мудрее; он может помочь нам понять, откуда что пошло, но при этом мы рискуем относиться снисходительно или пренебрежительно к усилиям наших предшественников. Предложенная Астбери и Белл модель молекулы, которую мы теперь называем ДНК, была не просто несовершенной, а в корне неверной. Тем не менее это была первая настоящая попытка дать трехмерное изображение этой молекулы.

И попытка была революционной. В краткой статье в журнале Nature не было иллюстраций, но она моментально покорила воображение ученых, в том числе многих из тех, кто с подачи Левена и Косселя считал нуклеиновые кислоты маленькими и скучными. Покачивающаяся стопка пенни была в сотни раз выше тетрануклеотида Левена, а ее молекулярная масса была больше, чем у большинства белков, в 500 000 – 1 миллион раз. Безусловно, настолько массивная молекула должна была выполнять в ядре какую-то важную функцию – но какую?

Структура и функция

В 1937 году английский физиолог Дж. Б. С. Холдейн задался[450] вопросом, каким образом гены удваиваются при делении хромосом. Он свел процесс к его чисто теоретической основе: «Это должен быть процесс копирования гена, принимаемого за молекулу, который должен быть развернут в слое толщиной в один “кирпичик”, в противном случае его нельзя будет скопировать».

Холдейн полагал, что копирование могло напоминать процесс кристаллизации, при котором идентичный «кирпичик» накладывался поверх оригинального, или, возможно, изготовление копий основной грампластинки.

Он не задумывался о химическом названии «кирпичика» этой молекулярной матрицы, но другие были убеждены, что им оно известно. Представления о химической природе гена закрепились еще сильнее. Если разнообразие действительно придает вкус жизни, то бесконечно разнообразные белки были единственным серьезным кандидатом на выполнение ответственной обязанности – передачи наследственной информации. Сторонники превосходства белков все еще задавали тон, им вторили даже те, кто вкладывал свою энергию в тимонуклеиновую кислоту. Торбьёрн Касперссон повторил проверенную временем мантру[451] в 1935 году: белки являются «единственной известной субстанцией, которая характерна для отдельной особи. Таким образом, белковые структуры в хромосомах приобретают огромное значение».

А как насчет нуклеиновых кислот? Их «наиболее вероятная роль[452], – писал Касперссон