А. Корнберг о роли биохимии

В этом году исполняется сто лет со дня рождения Артура Корнберга (1917—2007) — одного иКорнбергФото2з самых известных биохимиков прошедшего века. Он родился в Бруклине в семье иммигрантов из польской Галиции, окончил школу в 15 лет, перескочив несколько классов. Далее учёба в медицинской школе и степень доктора в 1941 г. Во время войны служил врачом на корабле береговой охраны.

Затем начались годы его научной стажировки, работа с замечательными учёными — Северо Очоа (в 1959 г. они вместе стали нобелиатами «за открытие механизмов биологического синтеза рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот») и супругами Кори — и долгий плодотворный период собственных исследований сначала в университете Вашингтона, а с 1959 г. в Стэнфорде.

Вот одно из его высказываний: «Half of what we know is wrong, the purpose of science to determine which half». Любопытно, что его сын Роджер Корнберг (р. 1947) стал тоже биохимиком и тоже лауреатом Нобелевской премии (2006, по химии).

Итак, главные достижения А. Корнберга относятся к проблеме ферментативного синтеза ДНК, и, конечно, в период моего увлечения «самой главной молекулой» его книга «Синтез ДНК» (М.: Мир, 1977) находилась у меня в шкафу на видном месте. А в 2002 г. я перевёл опубликованный его доклад 1994 года «Жизнь как химия», и этот материал под заголовком «Биохимия на рубеже веков» был напечатан в ХиЖ (2002, № 12). Он представлен на нашем сайте: <Корнберг>.

Кстати, известны и другие пары родитель-ребёнок среди нобелевских лауреатов. Четыре в физике: ТомсоныДжозеф Джон (1906) и Джордж (1937); БрэггиУильям и Лоуренс (одновременно, 1915); БорыНильс (1922) и Оге (1975). Ганс фон Эйлер-Хелпин (1929, по химии )и Ульф фон Эйлер (1970, по физиологии и медицине). Целое семейство: Пьер Кюри (1903, по физике), его жена Мария Склодовская-Кюри (1911, по химии), их дочь Ирен Жолио-Кюри со своим мужем Фредериком Жолио (1935, по химии).

«Двойная спираль» Дж. Уотсона

Перевод маленькой книжки Джима Уотсона вышел у нас в 1969 г. — всего через год после появления оригинала. Я был тогда студентом, книгу приобрёл и, с интересом читая её, никак не предполагал, что ровно через 10 лет строение ДНК вдруг окажется в самом центре моих интересов: в 1979 г. мне пришла в голову идея, что модель Уотсона и Крика не вполне верна (см. статью «Двойная спираль или лента-спираль?», ХиЖ, 1999, № 9: <Лента-спираль>.). После чего я много раз обращался к этой книге, стараясь понять из неё, то есть узнать из первых рук, каким образом, по каким причинам произошла обнаруженная мной ошибка. Кстати, книгу перевели М. Брухнов и А. Иорданский, и опять же совершенно невозможно было представить, что через 20 с небольшим лет я буду сидеть в одной комнате с Алексеем Дмитриевичем Иорданским (покойным) в редакции ХиЖ.ДвойнСпир

Конечно, я обратил внимание на необычный стиль книги. Как правило, в биографических книгах об учёных, скажем, серии ЖЗЛ, авторы несколько идеализируют своих героев, стремясь показать и величие самого процесса поиска истины, и участвующих в нём людей; если же сами учёные пишут автобиографические книги, то они стараются изобразить себя в лучшем свете. А тут автор, не стыдясь (с пеписовской откровенностью, как заметил Лоуренс Брэгг), раскрывает не очень симпатичные собственные (и своего соавтора открытия) черты и поступки. Понятно, что в жизни так оно чаще всего и происходит, как он изложил, но Уотсон представил это как норму (моральную), то есть как бы понизил планку. Можно сказать, что его книга — игра на понижение.

Предложенная Уотсоном и Криком структура правильно отразила две главные черты ДНК — её двухцепочечность и комплементарность пар оснований в ней, что и определило выдающееся значение двойной спирали. Однако ДНК настолько важна — сотни лабораторий десятки лет изучают её различные свойства, — что любое искажение её вида (необоснованная перекрученность тяжей) отрицательно сказывается на всей молекулярной биологии, тормозит её прогресс уже более 60 лет.

ДНК: проблема репликации

ДНКрепликац В 2011 г. вышла большая книга

«DNA REPLICATION. Current Advances»

Это сборник статей разных авторов, и одну из них написал исследователь из университетского Медицинского центра в Далласе You Cheng Xu:  <XuReplDNA>.

Называлась она

«Replication Demands an Amendment of the Double Helix»

В ней автор обратился к старой проблеме разделения двух нитей ДНК при репликации (и денатурации). Эту серьёзную трудность двойной спирали авторы модели осознавали — Ф. Крик подробно обсуждал её в статье «Строение вещества наследственности», опубликованной в октябрьском номере Scientific American за 1954 год. Она же стала причиной выдвижения альтернативных «бок о бок» моделей, о которых Крик писал в своей книге «What Mad Pursuit», вышедшей в 1988 г. (есть русский перевод).

You Cheng Xu приводит старые и новые данные, указывающие на то, что В ЦЕЛОМ две цепи молекулы НЕ ПЕРЕВИТЫ. Он придерживается такой версии: направление закрученности уотсон-криковской двойной спирали меняется вдоль цепи, то есть в ней чередуются правозакрученные и левозакрученные участки (the ambidextrous DNA model). Он пишет: «…the two strands in native DNA must bewound bi-directionally… ambidextrous DNA implies that the two strands are mainly winding right-handedly or left-handedly at the same time in a native DNA duplex, which is an amendment to the classical double helix model». Такое вот amendment.

В связи с этим хочу напомнить, что подобную идею выдвинул в 1981 г. Борис Саввич Филипп из Института прикладной физики АН МССР в Кишинёве. (Мы познакомились с ним на почве общего интереса к структуре ДНК на 1-ом Всесоюзном биофизическом съезде в Москве в августе 1982 г.) Затем этот взгляд поддерживали и другие авторы.

Ну а наш подход, как известно, другой: <Лента-спираль>.

64 года статье Уотсона и Крика

Картинки по запросу статья уотсона и крика 1953 годаХотя с момента публикации знаменитой статьи Уотсона и Крика прошло уже много лет, связанные с ней обстоятельства продолжают волновать учёный мир. В 2003 г. отмечался полувековой юбилей статьи, и тогда возник вопрос: рецензировалась ли она? Приведу два письма в редакцию журнала «Nature» (они показывают и то, как менялся процесс отбора, оценивания поступивших статей в этом старейшем и уважаемом издании):

 

Nature (13 November 2003)

How genius can smooth the road to publication

JOHN MADDOX (now Emeritus Editor, was Editor of Nature during the periods 1966–1973 and 1980–1995)

As Jens Brümmer states, the Watson and Crick paper was not peer-reviewed by Nature. I have two comments on this. First, the Crick and Watson paper could not have been refereed: its correctness is self-evident. No referee working in the field (Linus Pauling?) could have kept his mouth shut once he saw the structure. Second, it would have been entirely consistent with my predecessor L.J.F. Brimble’s way of working that Bragg’s commendation should have counted as a referee’s approval. Brimble, who used to «take luncheon» at the Athenaeum in London most days, preferred to carry a bundle of manuscripts with him in the pocket of his greatcoat and pass them round among his chums «taking coffee» in the drawing-room after lunch. I set up a more systematic way of doing the job when I became editor in April 1966.

An interesting question is how Wilkins and Franklin came to have papers in the same issue. J.T. Randall, the head of physics at King’s College, was a pal of Brimble’s co-editor at the time, A.J.V. Gale, and it is known that Crick sent a copy of his paper to Maurice Wilkins. (He probably sent one to Rosalind Franklin as well.) My guess is that Randall would have called up Gale the minute he heard about Crick’s paper, pleading for equal treatment for King’s. There’s a letter from Wilkins to Crick saying: «Franklin has jumped on the bandwagon — Christ!».

*  *  *

Читать далее

Р. Гослинг и двойная спираль ДНК

25 апреля в мире отмечают «День ДНК» — именно в этот день в 1953 г. вышел номер «Nature» с гипотезой Уотсона и Крика. Поэтому есть повод вспомнить про вклад ещё одного активного участника тех событий — Рэймонда Гослинга. Именно он, будучи аспирантом Уилкинса, получил в 1950 г. рентгенограмму волокон ДНК, положившую начало «гонке ДНК». 

Р. Гослинг в 50-е годы

………..Р. ГОСЛИНГ В 50-е ГОДЫ…..

Рэй вспоминал: «Я не верил своим глазам. Это было волнующе — нечто, что никто не наблюдал раньше».

Уилкинс захватил картинку на симпозиум в Неаполь весной 1951 г. и продемонстрировал её в конце своего доклада. Там присутствовал Джим Уотсон, на которого увиденное изображение произвело неизгладимое впечатление — в своей «Двойной спирали» он писал: «Я внезапно загорелся интересом к химии… Начал размышлять, могу ли я присоединиться к работе Уилкинса с ДНК… Это был потенциальный ключ к раскрытию тайны жизни…».

В январе 51-го в лабораторию пришла опытный рентгеноструктурщик Розалинд Фрэнклин, и Гослинг стал работать под её руководством. Вместе они открыли, что в зависимости от влажности волокон существует две основные формы ДНК, которые назвали «B» и «A». Им удалось получить так называемую фотографию-51 — очень информативную рентгенограмму волокон натриевой соли ДНК в B-форме. Это неопубликованное фото опять же увидел Джим, что стало для него с Криком отправной точкой в определении структуры полимера.

Вместе с исторической статьёй Уотсона и Крика в том же номере «Nature» была напечатана и статья Фрэнклин и Гослинга (а также статья Уилкинса с сотрудниками) — они подробно рассказали о своих результатах. Но так уж получилось, что для историков науки Рэймонд навсегда остался как бы в тени Розалинд.

Рэй Гослинг родился 1926 г., его отец был художником и дизайнером, мать оперной певицей. После окончания школы хотел изучать медицину, но семья была против: путь к врачебной профессии долог и дорог. Он стал физиком и в конце 40-х присоединился к группе Уилкинса в лондонском Кингз-колледже, которая должна была заняться рентгеновскими исследованиями ДНК (причём шеф, профессор Джон Рэндолл настоял, чтобы прежде Гослинг поближе ознакомился с биологией, что он сделал в вечерней школе).

Когда в 53-м Фрэнклин ушла из Кингз-колледжа, Гослинг закончил диссертацию и тоже оставил (вопреки своему желанию) работы с ДНК. Преподавал в разных университетах Британии и других стран (даже в Вест-Индии), а с 1967 г. занимался приложением физических методов к биологии и медицине.

С молодости увлекался греблей, участвовал в регатах. Был скромным человеком — никогда не высказывал какого-либо неудовольствия по поводу недооценки его вклада. Умер в 2015-м в возрасте 88 лет.

Книга Г. Богена и модель ДНК

Моё серьёзное увлечение биологией началось с книги немецкого автора Ганса Иоахима Богена «Современная биология» (М.: Мир, 1970; перевод с немецкого Г.И. Лойдиной). На языке оригинала она вышла (с предисловием нобелевского лауреата А. Бутенандта) в 1967 г., то есть по горячим следам свершившегося эпохального открытия — расшифровки генетического кода. В ней ясно и увлекательно раскрывались основные положения и — что важно! — нерешённые проблемы молекулярной и клеточной биологии. Книга была отлично издана: на толстой бумаге, с фотографиями, многочисленными цветными рисунками и схемами.
В ней семь глав:
1. Физиология и биохимия клетки;
2. Основы современной генетики;
3. Субмикроскопическая структура клетки;
4. Регуляторные механизмы клетки;
5. Молекулярные основы памяти;
6. Основы современного учения об иммунитете;
7. Происхождение жизни.
Я тогда учился на 4-м курсе МИЭМа (прикладная математика, техническая кибернетика), а из книги я узнал, как кибернетические принципы проявляют себя в живой природе на молекулярном (генетический код) и клеточном уровнях. Всё это было необыкновенно интересно, можно сказать, что мне открылся новый мир.
.
Как выяснилось впоследствии, для меня оказался важен ещё и тот факт, что большое внимание Боген уделил вроде бы частному вопросу — загадочному механизму разделения двух перекрученных нитей ДНК при репликации клетки. Он подробно обсуждал (с. 299) возможные сценарии раскручивания двойной спирали; об участии в процессе особых белков топоизомераз тогда ещё речь не шла — позднее многие решили, что именно они снимают проблему, но (In My Not-So-Humble Opinion) это мнение ошибочно.
.
Вопрос запал мне в душу, я периодически к нему возвращался, пока весной 1979 г. мне не пришла в голову мысль, что модель ДНК может быть другой — с неперевитыми цепями. Причём эта простая идея возникла в момент, когда листал книгу Богена — я обратил внимание, что двунитчатые ДНК очень часто схематично изображают просто как две прямые линии, идущие параллельно. Но ведь эти линии можно закрутить в спирали, НЕ ПЕРЕКРУЧИВАЯ их друг вокруг друга! Чтобы лучше понять строение моей «ленты-спирали», строил её из проволоки и ластиков (я вырезал из них как бы пары оснований и склеивал — образовывал стопку). 
Наконец на исходе века опубликовал гипотезу в ХиЖ (1999, № 9): <Лента-спираль>. Спасибо, что напечатали. Но эта история про ДНК ещё не закончилась, а через два года идее исполнится 40 лет.

ДНК в рентгеновском свете

Нам сейчас много известно о рентгеновских исследованиях ДНК Уилкинса, Фрэнклин, Гослинга в лондонском Кингз-колледже, так как они непосредственно повлияли на выдвижение модели в виде двойной спирали. Однако у них

У. Астбери

_____Уильям Астбери___

были предшественники, и это, прежде всего, английский кристаллограф Уильям Томас Астбери (Astbury; 1898—1961). В 30-х годах он изучал фибриллярные белки, его исследования кератина послужили основой для открытия Полингом альфа-спирали.

В 1937 г. шведский биохимик Торбьёрн Касперссон, двумя годами ранее показавший, что ДНК — это длинная полимерная цепь из нуклеотидов, передал выделенные им образцы ДНК Астбери. И в следующем году — cherchez la femme — аспирантка Астбери в его лаборатории (Университет Лидса) Флоренс Белл получила первые рентгенограммы волокон ДНК. Они позволили определить некоторые важные параметры исследуемой структуры, например, что основания располагаются вдоль оси со сдвигом 3,4 ангстрема.

Исходя из этих данных Астбери предложил «стопочную» модель ДНК. В ней циклы сахара (дезоксирибозы) лежат в плоскостях присоединённых к ним оснований, и эти плоские комплексы (ориентированные перпендикулярно длинной оси полимера) уложены друг на друга в стопку. Полинг использовал данные Астбери и Белл в своих поисках возможной структуры ДНК.

Читать далее

Р. Фейнман и «Двойная спираль»

Один из самых блестящих физиков-теоретиков 20 века Р. Фейнман (1918—1988) после получения Нобелевской премии в 1965 г. испытывал некоторый творческий кризис, и, как пишут Джон и Мэри Гриббин в свой книге «Ричард Фейнман. Жизнь в науке» (М., Ижевск, 2002, с. 179), выйти из него ему помогла книжка Джеймса Уотсона. Дик (он был на десять лет старше Джима) познакомился с Уотсоном в 1959  году, когда проводил свой «шаббатный» год в Калтехе — он хотел пообщаться с тамошними биологами (Максом Дельбрюком, Мэттом Мезельсоном и др.), то есть он интересовался, что происходит в недавно родившейся молекулярной биологии. Когда они потом встретились в Чикаго в начале 1967 года, Уотсон дал Фейнману экземпляр рукописи своей будущей книги (она вышла в 1968-м).

Фейнман1

Фейнман сразу же прочёл её от начала до конца, затем заставил то же сделать своего молодого коллегу Дэвида Гудштейна (с которым они занимали один гостиничный номер). Пока тот читал, Фейнман мерил шагами комнату и что-то рисовал в блокноте. Наконец Гудштейн сказал: «Самое удивительное, что Уотсон сделал такое фундаментальное открытие, будучи совершенно не в курсе, чем занимаются другие исследователи в этой области».

И тогда Фейнман показал ему листок из блокнота, где в центре каких-то каракулей было написано заглавными буквами: ПРЕНЕБРЕЖЕНИЕ. Вот то, сказал он, о чём он забыл и почему так плохо движется его работа: люди совершают прорыв только тогда, когда пренебрегают всем, чем занимаются другие, и пашут собственное поле. В письме Уотсону (хранящемся в архиве Калтеха) Фейнман написал: «Вы раскрываете, как делается наука, — я знаю это, поскольку сам пережил подобный прекрасный и волнующий опыт».

* * *

Мне кажется, особенность таких людей, как Уотсон, Крик, Георгий Гамов и др. в том, что они не ограничиваются какой-то узкой областью, в которой копают вглубь, но и смотрят вокруг: что важного свершается в данный момент, какая проблема созрела для решения? И смело направляют туда свои усилия, стремясь «снять пенки» и сделать последний шаг (как с грустью заметил Эрвин Чаргафф, «в науке не так важно, кто сказал первое слово, важно, кто сказал последнее»). Они не боятся, что подобное разбрасывание нанесёт ущерб их основному делу (вспомним, что Крик в начале 50-х трудился над диссертацией по структуре белков, а ему было уже 35), что они будут выглядеть дилетантами. И успех, который нередко сопутствует таким «научным пиратам», — это награда за их отвагу и open mind.

«Исповедь Джеймса Уотсона»

В далёком 1972 г. в ХиЖ (№ 1) был опубликован перевод беседы с Максом Дельбрюком. Там он высказал немало парадоксальных суждений, например что в науку идут (во всяком случае, в прошлом, когда она ещё не стала массовой) неприспособленные к жизни маргиналы и что лично у него научные дела продвигались тем лучше, чем хуже были условия для этого; Дельбрюк уподобил учёных персонажу ирландского писателя-абсурдиста Сэмюэла Беккета Моллою — бродяге и калеке, ищущему способ наилучшей раскладки по карманам камешков, которые он любит обсасывать. Возможно, этот писатель был близок Дельбрюку по духу, одно из высказываний Беккета: «На свете нет ничего стоящего, кроме творчества». Кстати, Дельбрюк (вместе с С. Лурией и А. Херши) и Беккет одновременно, в 1969 году, получили нобелевскую премию. (Этот материал из ХиЖ представлен на нашем сайте: <ДельбрюкХиЖ>.)

А в 1978 г. обширное интервью у Дельбрюка взяла Кэролайн Хардинг (оно хранится в архиве Калтеха): <ИнтервДельбрюк>Привожу фрагмент из него (чуть сокращённый), где Дельбрюк говорит о «Двойной спирали» Уотсона. Как я уже отмечал (на примере отклика Джона Мэддокса <Мэддокс>), книга встретила неоднозначный приём.

TheDoubleHelixHARDING: What did you think of The Double Helix?

DELBRUCK:  …He showed the manuscript to quite a number of friends of his before it was published, and I thought it was an important confession on his part, that it was a need for him. People have criticized that he says so many nasty things about other people, but the thing that strikes me most is that he says nastier things about himself than about anybody else, and he obviously had a need to do so. I was surprised by the book, because there are many nasty things about himself I was not aware of, although I thought I knew him. I think my letter was just a formal criticism; the book was written when he was about 37, and is about the time when he was 23, and often as you read the book you don’t know who is speaking, the boy of 23 or the man of 37. But he said, «Never mind. It has to be vigorous writing. I wanted to really write a readable book, not a scholarly book.» And I guess it was a point well taken.

HARDING: Did you read the book about Rosalind Franklin that came out a few years ago?

Читать далее

«Лестничные» формы ДНК

Чтобы пояснить, как устроена модель ДНК Уотсона и Крика, иногда говорят: возьмём обычную лестницу и закрутим её в спираль:

ДНК-лестница

А в 1978 г. в журнале «Naturwissenschaften» (v. 65, p. 106) появилась статья немецких авторов B. Cyriax и R. Gäth «The Conformation of Double-stranded DNA»: <ДНК-лестницы> (кликать: Look inside; в ссылке самый конец статьи оборван, но в нём ничего важного нет), которые поступили наоборот. Они взяли построенную из объёмных моделей часть витка двойной спирали ДНК и раскрутили её, получив структуру (рис. 2 по ссылке), похожую на простую лестницу (её назвали цис-лестницей), то есть показали, что она стерически возможна. В ней между парами оснований (перекладинами лестницы) имеются просветы, значит не будет стэкинг-взаимодействия, однако цис-лестницу удаётся наклонить на 60 градусов (рис. 4), и тогда плоскости ступенек сблизятся. Наконец, продемонстрировано, что цис-лестницу можно изгибать, формируя петли (рис. 5,6), — вроде как при оборачивании ДНК на нуклеосомы.

Читать далее