Океан белковых структур
Нобелевская премия по химии 2024 года присуждена Дэвиду Бейкеру (Вашингтонский университет в Сиэтле) «За вычислительный дизайн белков» и Демису Хассабису и Джону Джамперу (оба — Google DeepMind) «За предсказание белковых структур».
По образному выражению Станислава Лема, «…и муравьи, и мы, и всё живое представляет собой взвесь белка в воде»*. Выглядит преувеличением, однако если иметь в виду не только массу и объём, но и функциональную роль белковых молекул, то Лем более чем прав. Белки выполняют львиную долю той работы, которая необходима, чтобы всё живое оставалось живым. Они переваривают пищу и добывают энергию; благодаря белкам клетки общаются друг с другом и сообща борются с инфекциями; всевозможные биомолекулы, от древесной целлюлозы до нейромедиаторов, тоже синтезируются белками; наконец, белки постоянно возятся с ДНК — копируют её, ремонтируют, считывают информацию с генов. Но перед тем как начать работать, любая белковая молекула должна правильно свернуться.
* Лем С. Формула Лимфатера. Цит. по: Собрание сочинений в 10 томах, т. 3. М., Текст, 1993.
Почему белки сворачиваются
Многим из нас при словах «свернувшийся белок» наверняка приходит на ум варёное яйцо: яичный белок нагрели, и он свернулся. На самом деле молекулы его и в сыром виде были свёрнуты, а при варке они природную свёрнутость утратили и денатурировали, слипшись в твёрдый ком. Свёрнутость белка — это трёхмерная конфигурация, обусловленная химическими и физическими взаимодействиями его атомов. Вообще трёхмерная конфигурация есть у любых мало-мальски сложных молекул, и пространственная структура в той или иной степени определяет их поведение. Белки устроены более чем сложно, и их функциональность полностью зависит от пространственной формы. А пространственная форма зависит от аминокислотной последовательности, или от первичной структуры.