Иными словами, чем прочнее связь, тем меньше вещества вам требуется, чтобы воткнуть ключи во все замки. Лекарства, типа болеутоляющего эторфина, психоделика ЛСД или нейропаралитика тетродотоксина действуют в малых дозах, потому что плотно скрепляются с белками, или рецепторами. Разумеется, нежелательно, чтобы они прикреплялись слишком сильно, потому что в таком случае от них никогда не избавиться. А такое бывает: витамин биотин – ключ, который прекрасно подходит к белковому замку под названием авидин, все магниты организуются в идеальном порядке, а в итоге при комнатной температуре ключ-биотин выпадает из замка-авидина раз в девятнадцать лет. Это делает его бесполезным в качестве мессенджера или, в нашем случае, молекулы вкуса или запаха. Представьте, что биотин – молекула, дающая сладкий вкус, а рецептор сладости у вас на языке – авидин. Один глоток такого вещества – и вы будете ощущать сладкое послевкусие круглосуточно до самой пенсии.
Кто поворачивает ключ?
Главная цель прикрепления молекулы к рецептору – активизировать его. Из того, что нам известно о рецепторах, это предполагает тонкое, но далеко идущее изменение в структуре рецептора, небольшую перестройку составляющих его аминокислот, именуемую «конформационным преобразованием». Когда происходит такое преобразование, рецептор, через включение других механизмов замка-ключа, может включить другие действия и стимулировать реакцию клетки на изначально слабый молекулярный сигнал. Но это не дает ответа на другой, более сложный вопрос. В конце концов, подобрать надлежащий ключ к замку – это хорошо, но когда он подобран, что поворачивает ключ и вызывает конформационное преобразование? Ответ вас удивит: ничто. Дело в том, что ни ключу, ни замку энергия не нужна. Когда мы поворачиваем ключ, мышцы руки преодолевают сопротивление пружинок и трения в замке. Молекуле в рецепторе такой «моторчик» недоступен. Происходит следующее: замок немного сотрясается от тепла и спонтанно открывается сам на небольшие промежутки времени. На самом деле, маленькие жизненные механизмы ведут собственную полную сотрясений жизнь. В этом трясущемся мире ключу достаточно прилипнуть к замку, когда он открыт, и тем самым заставить его оставаться открытым немного дольше. Возможно, неплохая аналогия – дверной шпингалет во время землетрясения. Шпингалет спонтанно подпрыгивает. Если прикрепить магнит на дверь рядом с верхним краем шпингалета, то, когда тот подпрыгнет, магнит плотно прихватит шпингалет. Если магнит достаточно сильный, он сделает так, что дверь будет постоянно открыта, и не одно новое сотрясение ситуацию не изменит. Дверь постоянно будет открыта. Это – биотин, или наша вечная сахарная таблетка.
Рецепторы – это белки, т. е. большие молекулы, создаваемые живыми организмами для выполнения всех сложных задач, таких как расщепление молекул, создание молекул, копирование ДНК, движение, реакция на свет и множество других.
Если магнит действует правильно, замок будет большую часть времени оставаться открытым, и только сильное сотрясение время от времени будет закрывать его. В этом трясущемся микроскопическом мире весь дом постоянно сотрясается, и магнит на самом деле можно использовать в качестве ключа: прикрепить его к двери, и замок будет находиться достаточное время в открытом положении, открывая дверь. Но, конечно, и сам магнит от сотрясения может отвалиться, поэтому его точная сила должна соответствовать массе шпингалета и тому времени, на которое вы хотите держать дверь открытой. Хорошо все это усвоив, можно переходить к первой загадке запаха.
Но прежде еще несколько слов о рецепторах в целом. Как я говорил раньше, рецепторы – это белки, т. е. большие молекулы, создаваемые живыми организмами для выполнения всех сложных задач, таких как расщепление молекул, создание молекул, копирование ДНК, движение, реакция на свет и множество других. Почти каждая отдельная химическая реакция в каждой клетке нашего организма управляется, контролируется и вообще происходит благодаря белкам. Белки – это устройства, обеспечивающие наличие самой жизни. Можно сказать, что биологи и прочие, кто раскрывает тайны живых организмов, открывают целую цивилизацию с чрезвычайно развитыми технологиями. Самое странное в этом то, что живые организмы, составляющие эту цивилизацию – эти самые клетки нашего организма. Биологи, точнее говоря, подобны инженерам, которые наткнулись на космический корабль пришельцев в хорошем состоянии и пытаются разобраться, как он устроен и как работает. Есть вещи, полезные даже при том, что вы не понимаете их назначения: вакцины стали использовать с 1770-х гг., антибиотики (заплесневелый хлеб) и болеутоляющие (морфин) – с незапамятных времен, задолго до того, как мы поняли, как они действуют.
Мембранные рецепторы
Историю рецепторов, и рецепторов запаха в частности, стоит начать с вопроса, который впервые возник в 1950-е: как работает адреналин? Адреналин, как всем известно, дает указание организму приготовиться к действиям и, среди прочего, следит за тем, чтобы в организме было достаточно сахара, чтобы адекватно функционировать. Подобно кислороду и воде, сахар полезен для вас только в узкой полосе действующих параметров. Если предел превышается, вы ужасно себя чувствуете, мочитесь часто днем и ночью, при этом испытывая жажду, со временем может даже наступить слепота и смерть от отказа почек, как случилось с моим дедом в возрасте сорока четырех лет. Если уровень сахара чрезмерно снижается – начинаются эпилептические припадки. Когда выяснилось, что адреналин дает указание клеткам печени (где хранится сахар) выпускать сахар, загадка осталась. Сахар, разумеется, находится внутри клеток печени, но адреналин прикрепляется к их внешней части. Как указание проникает через клеточную мембрану?
Ответ звучит так: мембрана представляет собой маслянистый слой толщиной в две молекулы, напоминая этим мыльный пузырь, только, конечно, устойчивый в воде. Он образует неразрывный покров вокруг каждой клетки. В мембране плавают белки, специально предназначенные для этой цели, т. е. такие, кому нравится всем телом находиться в масле, чтобы голова, руки и ноги при этом находились в водной среде, соответственно, снаружи и внутри клетки. Вот такие белки и работают как рецепторы. Белок-рецептор захватывает руками то, что снаружи, и шевелит ногами, сообщая клетке, что пришло сообщение. Клетка реагирует должным образом: перестает выделять сахар.
Как уже говорилось, все белки, включая, разумеется, рецепторы, представляют собой химические ожерелья из бусинок, свернутые в клубок. Бусинки этого ожерелья бывают двадцати разных цветов, а само ожерелье создается маленьким устройством, которое и само по себе является белком: оно начинает с одного конца и выдавливает одну бусинку за другой. Каждый вид белков имеет свою уникальную последовательность бусинок. Для тех из нас, кто привык, что механизмы собираются из отдельных частей, такой способ создания объектов покажется несколько странным. Словно все детали вашего автомобиля развешены на одной бельевой веревке. Но белки строятся именно таким образом, потому что чертеж для каждого белка записан на химической телеграфной ленте, которая называется рибонуклеиновой кислотой, или РНК, где указаны красный, синий, желтый, белый и остальные шестнадцать цветов. Эта телеграфная лента, в свою очередь, поступает из крупного телеграфного агентства, именуемого геномом. Один ген, один кусок телеграфной ленты, один белок.
