Будем считать, что нам теперь известны самые общие принципы пространственного строения элементарных молекулярных фрагментов белковой цепи. И тем не менее мы все еще находимся в самом начале пути перехода от представления о белковой молекуле как о формальной последовательности символов — аминокислот (привитом читателю еще в первой главе) — к представлению о ней как о реальном физическом объекте, обладающем пространственной структурой.

Ну что ж, воспользуемся еще раз уже знакомым нам «стереоконструктором» и соберем из него «трехмерную» модель какой-нибудь молекулы — для начала необязательно белковой. Выберем из ящика с «деталями» нужные нам атомы, соединим их стерженьками — «валентными связями» и… обнаружим, что установить пространственную структуру молекулы было бы очень просто, если бы в дело не вмешивалось одно обстоятельство: вокруг любой одинарной связи возможно вращение. Одна часть молекулы может поворачиваться относительно другой.

Для очень многих молекул это означает, по существу, отсутствие фиксированной молекулярной структуры. Такие молекулы представляют собой более или менее сложный шарнир, допускающий сближение или удаление отдельных пар атомов в зависимости от углов поворота вокруг некоторых одинарных связей. Эти углы принято называть углами внутреннего вращения, а структуры, соответствующие различным наборам углов внутреннего вращения, — различными КОНФОРМАЦИЯМИ молекулы. Мы выделили это слово по двум причинам. Во-первых, оно символизирует собой целую эпоху многих современных отраслей знаний: физики полимеров, химии и, конечно же, молекулярной биологии; во-вторых, впредь мы будем использовать его так часто, что нам захотелось как-то отметить первое появление этого слова на страницах книги.

Растягивая или сжимая резинку, мы изменяем конформации молекул каучука и чувствуем при этом их противодействие. Гибкость, пластичность других бытовых полимеров, хотя бы полиэтилена, — это также следствие способности их молекул легко изменять конформацию, приспосабливаясь практически к любой форме. Прозрачный яичный белок на горячей сковородке становится белым — изменилась конформация… Нет, нет, позвольте, ведь мы как раз и хотим повести разговор о конформациях белковых молекул, так что с этим примером пока следует подождать. Давайте лучше излагать все по порядку.

Итак, зная пространственное устройство каждого из 20 типов элементарных звеньев белковой цепи, мы можем попытаться построить с помощью «стереоконструктора» модель целой молекулы белка, представляющую собой чрезвычайно длинную шарнирную систему, в сотнях или даже тысячах мест допускающую вращение одной части молекулы относительно другой. Очевидно, подобно молекулам всех полимеров, такая молекула должна обладать гибкостью и способностью принимать самые разнообразные пространственные структуры (не откажем себе в удовольствии повторить еще раз — КОНФОРМАЦИИ!) от полностью вытянутой до скатанной в клубок. Причем, помимо внутренних вращений в главной валентной цепи — остове, возможны еще вращения боковых радикалов.

Несомненно, что белковая молекула даже в чисто механической трактовке — объект очень сложный, и, глядя на ее модель (правильнее было бы сказать карикатуру), невозможно просто умозрительно предсказать какие-нибудь особенности пространственной подвижности молекулы. С другой стороны, все подробности геометрического строения элементарного звена, характерные для цепочки белка, принципиально не выделяют ее в ряду прочих полимеров. В смысле гибкости и пространственной подвижности цепочки других полимеров тоже заметно ничем от нее не отличаются, и все же ни один из них не обладает теми замечательными свойствами, которые присущи белкам.

Объяснить это можно только одним способом. Цепи синтетических полимеров состоят либо из звеньев одного типа

и т. д., либо из регулярных комбинаций разных звеньев

либо, наконец, из случайно чередующихся звеньев различных типов

В каждой молекуле белка определенного сорта, как мы знаем, чередование различных звеньев-аминокислот строго упорядоченное. Однако никакой регулярности, периодичности в чередовании различных остатков, если угодно, «правильности» их расположения, в белках не наблюдается.

Поиски такого рода закономерностей проводились хитроумнейшими методами математической статистики и не дали никаких результатов.

Кстати, совершенно аналогичное разочарование постигло в сравнительно недавнее время литературоведов (вот и еще один стык наук!): все те же хитроумные математические методы потерпели полное фиаско в попытках установить сколько-нибудь существенные закономерности расстановки отдельных букв в произведениях великих писателей.

Чтобы окончательно покончить с проблемой регулярности белковых последовательностей, оговоримся, что все сказанное не относится к белкам, выполняющим в организме чисто механические функции, например, тем, которые составляют основу сухожилий (коллаген) или волос (кератин). В этих белках существует четко выраженная регулярность аминокислотной последовательности, что имеет большое значение в связи с их механическими свойствами.