Джеймс Уотсон - Двойная спираль
На первых порах моя возня с основаниями на бумаге не приносила никаких результатов независимо от того, ходил ли я в тот вечер в кино или нет. Я очень старался очиститься от воспоминаний об «Экстазе», но даже это не помогло обнаружить приемлемые водородные связи, и я заснул, надеясь, что на завтрашней студенческой вечеринке в Даунинге будет много хорошеньких девушек. Но меня ожидало горькое разочарование: там не было никого, кроме пышущих здоровьем спортсменок да двух-трех худосочных светских девиц. Бертран тоже мгновенно понял, что это не для него, и те несколько минут, которые мы из вежливости пробыли там, прежде чем улизнуть, я рассказывал ему, как я пытаюсь обойти отца Питера в состязании за Нобелевскую премию.
Однако нетривиальная идея осенила меня только в середине следующей недели. Она пришла мне в голову, когда я рисовал конденсированные циклы аденина. Я вдруг заметил, какие многообещающие возможности таятся в такой структуре ДНК, где остаток аденина образовывал бы водородные связи, подобные обнаруженным в кристаллах свободного аденина. При этом каждый адениновый остаток соединялся бы двумя водородными связями с таким же остатком, повернутым по отношению к нему на 180°. А главное – подобные симметричные связи могли соединять между собой также и пары гуанинов, цитозинов и тиминов. Я подумал: а что если каждая молекула ДНК состоит из двух цепей с одинаковой последовательностью оснований, а скрепляют эти цепи водородные связи между парами одинаковых оснований? Правда, дело осложнялось тем, что такая структура не может иметь регулярного остова, поскольку пуриновые основания (аденин и гуанин) и пиримидиновые основания (тимин и цитозин) разной формы. На получавшемся остове должны были образовываться небольшие вздутия и впадины в зависимости от того, из пуринов или из пиримидинов состоит центральная пара оснований.
Схематическое изображение молекулы ДНК, построенное с учетом спаривания одинаковых оснований.
Несмотря на то что остов получался такой неаккуратный, у меня забилось сердце. Если ДНК такова, то мое сообщение об этом открытии произведет впечатление разорвавшейся бомбы.
Существование двух переплетенных цепей с одинаковой последовательностью оснований не может быть случайным. Наоборот, это дает право полагать, что одна из цепей каждой молекулы на какой-то более ранней стадии служила матрицей для синтеза другой цепи. По такой схеме репликация гена начиналась бы с его разделения на две одинаковые цепи. Потом на обеих матрицах-родительницах образовывались бы две дочерние цепи, и получались бы две молекулы ДНК, идентичные первоначальной. Таким образом, если бы каждое основание синтезируемой цепи обязательно присоединялось двумя водородными связями к такому же основанию, то это могло бы определять весь ход репликации гена. Правда, в тот вечер я так и не понял, почему к аденину не может присоединиться водородными связями и обычная таутомерная форма гуанина. Могли происходить и другие ошибки в спаривании оснований. Но это меня не очень пугало, поскольку не исключалось участие еще и специфических ферментов. Например, мог существовать такой фермент, который бы заставлял аденин всегда занимать место против остатка аденина на матрице. Был уже первый час ночи, а я увлекался все больше и больше. Нас с Фрэнсисом давно тревожила мысль, что структура ДНК может оказаться внешне очень скучной, ничего не говорящей ни о ее репликации, ни о ее роли в управлении биохимией клетки. И вот теперь, к моему восторгу и изумлению, решение обещало быть чрезвычайно интересным. Больше двух часов я не мог заснуть от радости, и перед моими закрытыми глазами кружились пары адениновых остатков. И только временами меня охватывал страх, что вдруг эта прекрасная идея все-таки неверна.
Четыре пары оснований, использованные для постройки модели, в основе которой лежала идея соединения подобного с подобным (пунктиром показаны водородные связи).
26
К полудню следующего дня от моей схемы не осталось камня на камне. Против меня был тот неприятный химический факт, что я выбрал не те таутомерные формы гуанина и тимина. Еще до того, как обнаружилась эта печальная истина, я наспех позавтракал в «Лакомке» и ненадолго вернулся к себе в Клэр, чтобы ответить на письмо Макса Дельбрюка, который сообщал, что специалистам из Калифорнийского технологического института моя статья по генетике бактерий показалась недостаточно обоснованной. Тем не менее, если я этого хочу, он пошлет рукопись в «Труды Национальной Академии наук». Таким образом, я опубликую нелепую идею еще молодым, и у меня будет время одуматься, прежде чем я окончательно утвержусь на гибельном пути.
Сначала это послание возымело желаемое обескураживающее действие. Но теперь, воодушевленный тем, что я, возможно, уже получил самовоспроизводящуюся структуру, я подтвердил, что не сомневаюсь в правильности своих представлений о половом размножении бактерий. Не удержавшись, я добавил, что как раз сегодня изобрел для ДНК изящную структуру, совершенно непохожую на структуру Полинга. Несколько секунд я колебался, не сообщить ли подробности, но решил, что времени на это у меня нет, быстро бросил письмо в почтовый ящик и помчался в лабораторию.
Письмо не пробыло на почте и часа, а я уже знал, что жестоко промахнулся. Едва я ворвался в наш кабинет и начал объяснять свою схему, как американский кристаллограф Джерри Донохью заявил, что она никуда не годится.
Различные таутомерные формы гуанина и тимина, которые могут входить в состав ДНК. (Атомы водорода, способные изменять свое расположение, заштрихованы.)
По мнению Джерри, те таутомерные формы, которые я взял из книги Дэвидсона, неверны. Я тут же возразил, что и в других учебниках гуанин и тимин изображены в енольной форме, но это не произвело впечатления на Джерри. Он злорадно объяснил, что в течение многих лет химики-органики совершенно произвольно отдавали предпочтение одним таутомерным формам перед другим, опираясь на весьма шаткие доводы. Учебники органической химии засорены изображениями чрезвычайно маловероятных таутомерных форм. А формула гуанина, которую я сую ему под нос, почти наверняка липовая. Химическая интуиция Джерри подсказывала ему, что природный гуанин должен существовать в кето-форме. По мнению Джерри, енольная форма неправильно приписывалась и тимину, которому тоже должна быть свойственна кето-форма.
Однако никаких неопровержимых доказательств в пользу кето-форм Джерри привести не мог. Он сознался, что может сослаться только на одну кристаллическую структуру – дикетопиперазин, пространственная конфигурация которого была тщательно изучена несколько лет назад в лаборатории Полинга. В этом случае, несомненно, присутствовала кето-форма, а не енольная. Но Джерри был убежден, что опирающиеся на квантовую механику доводы в пользу кето-формы дикетопиперазина верны также и для гуанина и тимина. Поэтому мне горячо порекомендовали больше не тратить времени на эту идиотскую схему.
Конечно, хотелось верить, что Джерри просто заврался, но отмахнуться от его возражений я не мог. Если не считать Лайнуса, Джерри знал о водородных связях больше всех в мире. Он много лет изучал в Калифорнийском технологическом институте кристаллические структуры небольших органических молекул, и я не мог утешать себя тем, что он не понимает существа нашей работы. Он занимал стол в нашем кабинете уже шесть месяцев, и я еще ни разу не слышал, чтобы он судил о том, в чем не разбирался.
Очень расстроенный, я вернулся к своему столу, надеясь все-таки отыскать какую-нибудь зацепку которая спасла бы идею соединения подобного с подобным. Но было ясно, что новое требование наносило ей смертельный удар. Если поставить атомы водорода в кето-положение, то несоответствие в размерах между пуринами и пиримидинами становилось еще более разительным. Очень трудно было представить себе полинуклеотидный остов, изогнутый до такой степени, чтобы в нем могла поместиться нерегулярная последовательность таких оснований. И даже этот луч надежды погас, когда пришел Фрэнсис. Он тут же сообразил, что структура, в которой подобное соединялось бы с подобным, давала бы кристаллографический период, равный 34 ?, лишь в том случае, если бы каждая цепь образовывала спираль с величиной витка 68 ?. Но это означало бы, что угол поворота между смежными основаниями составляет 18°, а последняя возня с моделями убедила Фрэнсиса, что такая величина совершенно исключена. Кроме того, Фрэнсису не понравилось, что подобная структура не объясняет правил Чаргаффа (соответствие количеств аденина и тимина, гуанина и цитозина). Я, однако, продолжал относиться к данным Чаргаффа с недоверием. Поэтому я обрадовался обеденному перерыву, когда, слушая веселую болтовню Фрэнсиса, отвлекся от своих огорчений и задумался над тем, почему девушки au pair пренебрегают студентами.
