Нобелевская премия по химии 2024 года присуждена Дэвиду Бейкеру «за вычислительный дизайн белков» и Демису Хассабису и Джону Джамперу «за предсказание белковых структур».

Дэвид Бейкер. Источник: BBVA Foundation.

Демис Хассабис. Источник: BBVA Foundation.

Джон Джампер. Источник: BBVA Foundation.

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.

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.

Клеточная белоксинтезирующая машина соединяет аминокислоты в соответствии с генетическим текстом конкретного белкового гена. На выходе появляется полимер — полипептидная цепь. Но эта цепь никогда не выглядит ровной негибкой палкой. Во-первых, у химических связей есть своя геометрия, и атомы, которые находятся рядом друг с другом, будут располагаться друг относительно друга под определёнными углами. Во-вторых, атомы неизбежно взаимодействуют с окружающей средой и друг с другом. Тут нужно вспомнить, как устроены аминокислоты. В их молекулах есть так называемые боковые группы, или радикалы, которые во многом определяют свойства аминокислот. Радикал может быть неполярным, может нести какой-то заряд, может быть довольно крупным, а может состоять из одного-единственного атома водорода, как у глицина. Полярный (гидрофильный) радикал будет нормально себя чувствовать в окружении воды, а неполярный (гидрофобный) будет стараться куда-нибудь от воды спрятаться...

№12, 2024