Двойная спираль - Страница 7
К счастью, я мог позволить себе поработать год с ДНК, не получая стипендии, хотя она была бы отнюдь не лишней. В Копенгагене я получал три тысячи долларов в год, то есть втрое больше, чем требовалось, чтобы жить, как живут состоятельные датские студенты. Даже если бы мне пришлось заплатить за два модных костюма, которые сестра купила в Париже, то у меня осталась бы еще тысяча долларов — сумма вполне достаточная, чтобы прожить в Кембридже год. Помогла мне и моя квартирная хозяйка. Она выгнала меня, хотя я не прожил под ее кровом и месяца. Мое главное преступление заключалось в том, что я не снимал ботинки, приходя домой после девяти вечера, когда ее муж уже спал. Кроме того, я иногда забывал о строжайшем запрете спускать воду в уборной в эти часы и, что хуже всего, выходил из дому после десяти вечера: в это время в Кембридже все закрыто и мое поведение было явно подозрительным. Выручили меня Джон и Элизабет Кендрью, которые предложили за пустяковую плату комнату в своем доме на Теннис-Корт-роуд. Она была невероятно сырой и отапливалась только стареньким электрическим камином. Тем не менее я с радостью воспользовался их приглашением. Хотя это и грозило туберкулезом, но зато я жил у друзей. Да и вряд ли мне удалось бы найти что-нибудь получше теперь, когда все квартиры уже были сданы. Поэтому я охотно поселился на Теннис-Корт-роуд в ожидании, пока мое финансовое положение не улучшится.
7
С первого же дня, проведенного в лаборатории, мне стало ясно, что в Кембридже я останусь надолго. Уехать было бы вопиющей глупостью, так как тогда я лишился бы неповторимой возможности разговаривать с Фрэнсисом Криком. В лаборатории Макса нашелся человек, который знал, что ДНК важнее, чем белки, — это было настоящей удачей. В результате мне, к великому облегчению, уже не приходилось все свое время отдавать изучению рентгеноструктурного анализа белков. Наши беседы в обеденный перерыв вскоре сосредоточились вокруг одной темы: как же все-таки соединены между собой гены. Через несколько дней после моего приезда мы уже знали, что нам следует предпринять: пойти по пути Лайнуса Полинга и одержать над ним победу его же оружием.
Успех Полинга с полипептидной цепью естественно натолкнул Фрэнсиса на мысль, что подобный фокус можно устроить и с ДНК. Однако, пока никто из окружающих не разделял его мнения о важности ДНК, он, побаиваясь возможных осложнений с лабораторией Кингз-колледжа, не решался всерьез заняться этой проблемой. К тому же, хотя гемоглобин и не был центром вселенной, два года, которые Фрэнсис уже провел в Кавендишской лаборатории, вовсе не были скучны. При изучении белков возникало более чем достаточно проблем, для решения которых нужен был человек с теоретическим складом ума. Но теперь, когда в лаборатории появился я, всегда готовый поговорить о генах, Фрэнсис извлек на свет Божий свои идеи, касавшиеся ДНК. Впрочем, он и теперь не собирался отказываться от работы над другими проблемами, возникавшими в лаборатории. И не будет никакого ущерба, если, отдавая размышлениям о ДНК всего несколько часов в неделю, он поможет мне разрешить вопрос первостепенной важности.
В результате Джон Кендрью очень скоро понял, что едва ли я помогу ему выяснить строение миоглобина. Ему не удавалось вырастить большие кристаллы миоглобина лошади, и он рассчитывал сначала, что у меня рука окажется счастливой. Но не требовалось особой проницательности, чтобы заметить, насколько неискусны мои лабораторные манипуляции. Недели через две после моего приезда в Кембридж мы отправились на местную бойню, чтобы получить сердце лошади для изготовления нового препарата миоглобина. Если бы нам повезло, то немедленное замораживание сердца бывшего скакуна воспрепятствовало бы повреждению молекул миоглобина, которое мешало кристаллизации. Однако и мои попытки кристаллизации оказались не более успешными, чем попытки Джона. Я даже почувствовал определенное облегчение: если бы я добился успеха, Джон мог бы засадить меня за съемку рентгенограмм.
А при таком положении вещей ничто не мешало мне разговаривать с Фрэнсисом по меньшей мере по нескольку часов в день. Непрерывно думать было слишком трудно даже для него, и часто, зайдя в тупик со своими уравнениями, он принимался расспрашивать меня о фагах. Или же снабжал меня сведениями по кристаллографии, собрать которые обычным путем можно было бы только ценой томительного штудирования специальных журналов. Особенную важность представляли те его рассуждения, которые позволяли понять, как именно Лайнус Полинг открыл а-спираль.
Вскоре я усвоил, что Полинг достиг этого, опираясь больше на здравый смысл, чем на сложные математические выкладки. В своих рассуждениях он иногда оперировал уравнениями, но и тут в большинстве случаев можно было бы обойтись словами. Ключ к успеху Лайнуса надо было искать в том, что он доверился простым законам структурной химии, а-спираль была открыта не с помощью простого созерцания рентгенограмм; главный фокус состоял в том, чтобы задать себе вопрос: какие атомы предпочитают соседствовать друг с другом? Основными рабочими инструментами были не бумага и карандаш, а набор молекулярных моделей, на первый взгляд напоминающих детские игрушки.
Мы не видели, что могло бы помешать нам решить проблему ДНК таким же способом. Нужно было только сконструировать набор молекулярных моделей и начать играть ими. Если нам повезет, то искомая структура окажется спиралью — ведь любая иная конфигурация была бы намного сложнее. Ломать голову над сложностями, не убедившись прежде, что простейший ответ не годится, было бы непростительной глупостью. Если бы Полинг выискивал сложности, он никогда ничего не добился бы.
С самого начала мы исходили из того, что молекулы ДНК содержат очень большое число нуклеотидов, соединенных в регулярную линейную цепь. И здесь наши рассуждения частично основывались на соображениях простоты. Хотя химики-органики в соседней лаборатории Александра Тодда считали, что именно таким и должно быть расположение нуклеотидной основы молекулы, они были еще далеки от того, чтобы химическим путем установить идентичность всех связей между нуклеотидами. Но если это не так, то как же в таком случае молекулы ДНК могут укладываться в кристаллические агрегаты, изучаемые Морисом Уилкинсом и Розалинд Фрэнклин? Поэтому мы решили, пока не зайдем в тупик, считать строение сахаро-фосфатного остова весьма регулярным и искать такую спиральную пространственную конфигурацию, при которой все группы этого остова имели бы одинаковое химическое окружение.
Мы сразу же поняли, что строение ДНК может оказаться более сложным, чем строение α-спирали. В α-спирали одна полипептидная цепь (последовательность аминокислот) сворачивается в спираль, удерживаемую водородными связями между группами этой же цепи. Морис, однако, сказал Фрэнсису, что диаметр молекулы ДНК больше, чем это было бы, если бы она состояла только из одной полинуклеотидной цепи (последовательности нуклеотидов). Это навело его на мысль, что молекула ДНК представляет собой сложную спираль, состоящую из нескольких полинуклеотидных цепей, завернутых одна вокруг другой. В этом случае всерьез приниматься за построение модели можно было, только решив заранее, как соединены эти цепи друг с другом: водородными связями или через солевые мостики и отрицательно заряженные фосфатные группы.
Отрезок цепи ДНК, как ее представляла себе в 1951 году группа исследователей, работавших под руководством Александра Тодда.
Они считали, что все нуклеотиды соединены между собой фосфо- диэфирными связями между пятым и третьим углеродными атомами сахаров соседних нуклеотидов. Будучи химиками-органиками, они интересовались только тем, как связаны между собой атомы, предоставляя кристаллографам решать вопрос об их пространственном расположении.
Положение усложнялось еще и тем, что в ДНК обнаружили четыре типа нуклеотидов. В этом смысле строение молекулы ДНК в высшей степени нерегулярно. Правда, эти четыре нуклеотида не очень отличаются друг от друга: в каждом из них содержатся те же сахар и фосфат. Различия зависят лишь от азотистых оснований — либо пуриновых (аденина и гуанина), либо пиримидиновых (цитозина и тимина). Но поскольку в связях между нуклеотидами участвуют только фосфаты и сахара, наше предположение о том, что все нуклеотиды соединены в единое целое однотипными химическими связями, оставалось в силе. Поэтому при постройке моделей мы намеревались исходить из того, что сахаро-фосфатный остов имеет строго регулярное строение, а основания неизбежно расположены весьма нерегулярно (если бы последовательность оснований была везде одинаковой, то одинаковыми были бы и все молекулы ДНК, а значит, не существовало бы такого огромного разнообразия генов).