Думаю, стресс и адреналин помогли интеллектуально сконцентрироваться. Статьи были завершены всего за день до того, как Брайану предстояло отправляться в Санта-Крус, и за пару дней до конференции в Бирмингеме. Я так переживал, что рукописи могут задержаться или потеряться, что поручил Билу поездом ехать в Лондон и лично доставить четыре экземпляра в офис Nature.

Мы были полностью вымотаны, но именно тогда настало время раскрываться. В пятницу Брайан прочитал лекцию в Санта-Крусе, а я – тот же самый материал в понедельник в Бирмингеме. Брайан мучился от полного выгорания. Начо Тиноко, который был не в курсе событий, произошедших с его аспирантом, упрекнул Брайана в отсутствии энтузиазма в работе над диссертацией. Я сочувствовал ему, но знал, что статья станет вкладом в его репутацию. Брайан сообщил, что карты Ады выглядят хуже наших, но у нее есть модель рибосомы, где расставлены пятнадцать-двадцать белков и РНК.

Бирмингемский лекционный зал располагался на цокольном этаже конференц-центра. Ада и Марин ван Хил, специалист по электронным микроскопам, проецировали изображения с компьютера, тогда как все остальные до сих пор по старинке пользовались пленочными слайдами. В Бирмингеме Ада заявила, что располагает качественными картами, и расставила по местам все белки, кроме одного, но не может их показать из-за проблем с компьютером. Те белки, которые она показала, выглядели неполными, поскольку в них не просматривались длинные змеевидные белковые нити, которые смогли увидеть и мы, и йельская группа. Бил разозлился и хотел об этом упомянуть, но я напомнил ему, что придирки выглядят грубо и мелочно.

Наша эйфория вновь пропала летом, когда стали выходить статьи. Сначала появилась пара длинных работ в Science от йельской группы. Они воспользовались тем же гексаамминовым соединением, что и Джейми Кейт. Более того, они даже получили соединение от самого Джейми. Любопытная техническая деталь заключалась в том, что они смогли справиться с серьезной кристаллографической проблемой, именуемой двойникованием. Найдя ее в своих кристаллах, они предположили, что именно она долгое время тормозила проработку структуры. Если кристалл состоит из двух разнотипных решеток, разные пятна в детекторе оказываются ровно на одних и тех же местах. Если не заметить, что пятна получены не от одной решетки, а от разных, то анализ данных даст бессмысленные результаты. Даже когда о факте двойникования известно, вычислить вклад каждой решетки практически невозможно. Но один из участников йельской группы случайно увеличил концентрацию соли, приблизив ее к исходным условиям, в которых синтезировались кристаллы 50S, и проблема двойникования снялась сама собой. Мне до сих пор непонятно, были ли исходные кристаллы Ады двойниковыми, либо двойникование началось из-за сниженной концентрации соли в том растворе, которым изначально пользовалась йельская группа при заморозке своих кристаллов.

Йельская структура выглядела впечатляюще. Том Чек, тот самый, кто впервые обнаружил, что РНК может проявлять и ферментные функции, то есть провоцировать химические реакции, лично написал короткое эссе в качестве введения к этой статье. Завершая его, он отметил, что нам показали всего один красивый кадр, а мы хотим увидеть целый фильм о том, как работает рибосома.

Затем вышла статья Ады, опубликованная в Cell. Действительно, она добилась серьезных улучшений по сравнению с прошлогодними данными, но ее картинка и близко не могла сравниться по точности и полноте с нашей. Следующие три недели, казалось, были нескончаемыми. Я раздражался, что Nature так затягивает с публикацией, тогда как журнал должен быть благодарен за такой материал. День за днем я все сильнее унывал, что люди воспримут нашу и ее работы как равноценные и что мы запаздываем всего самую малость.

Оказалось, что я зря переживал. Когда вышли наши статьи, всем сразу стало понятно, что в них конкретно и полностью описана структура субъединицы 30S, и именно этой структурой все с тех пор и пользуются. Вот так, именно как хотелось Стиву Харрисону, мы с Адой продолжали дополнять друг друга. В конце концов, как он и надеялся, были по достоинству оценены мы оба, но до этого события предстоял еще долгий путь.

Глава 14

Новый континент на горизонте

Атомные структуры субъединиц казались удивительными. Ощущение было такое, словно мы пристали к новому континенту и увидели там своеобразный ландшафт. Сразу же бросались в глаза несколько ключевых вещей. Во-первых, древнее ядро рибосомы, содержавшее важные элементы, почти целиком состояло из РНК. Структуры обеих субъединиц явно свидетельствовали, что история рибосом уходит корнями в древний мир РНК, точно как и предполагали Крик и другие более чем тридцать лет назад.

Белки почти полностью локализовались на периферии рибосомы преимущественно на задней части субъединиц, так что интерфейс, поверхность между двумя субъединицами, которая связывает тРНК, почти полностью состоит из РНК. У белков обнаружились длинные хвосты, проникавшие внутрь рибосомы, содержащие множество положительно заряженных аминокислот, что усиливало связь между белком и отрицательно заряженной РНК. Субъединица 50S вдвое превышала по размеру 30S, и там РНК была еще сложнее и запутаннее.

Рис. 14.1. Фронтальная и тыльная поверхности двух субъединиц; здесь видны сравнительно темные белки и светлая РНК

Чтобы в точности определить, где именно образуется пептидная связь, йельская группа внедряла в каждый кристалл соединение, имитирующее две аминокислоты, прикрепляющиеся к кончикам РНК в момент стыка. Локализация соединения в структуре кристалла позволяла определить, где именно в рибосоме располагается каталитический центр. Он был полностью окружен элементами РНК, подтверждая тем самым, что рибосома действительно является рибозимом, как уже давно подозревали ученые.

Йельская группа использовала биохимические данные, которые для них подготовил коллега Скотт Стробел, и в деталях описала механизм, управлявший реакциями при соединении двух аминокислот. Но здесь они перестарались. Биохимические данные не отражали того, что происходило в клетке, и многие химики раскритиковали предложенный механизм. Готовность усомниться – двигатель науки. Наконец, талантливый студент Тома, Мартин Шмайнг, сгенерировал другие структуры, имитирующие тРНК и аминокислоты, связывающиеся с большой субъединицей. Руководствуясь ими, многие биохимики, включая Скотта, выявили мельчайшие детали реакции, в частности способ перехода протонов одной группы в другую. Я едва понимал что-либо в этих сложных химических экспериментах. Но такая детализация приблизила нас к описанию важнейшей биохимической реакции – синтезу белковой цепочки.

Если основная задача субъединицы 50S – катализ реакции соединения аминокислот для образования белковой цепочки, то 30S должна гарантировать точное считывание и трансляцию генетического кода в мРНК. Каждый кодон в мРНК считывается входящей тРНК, подносящей к рибосоме новую аминокислоту, – происходит декодирование. Загадка считывания кода в следующем: существует шестьдесят четыре разновидности кодонов, тогда как аминокислот всего двадцать и вариантов тРНК тоже не так много, поэтому несколько кодонов считываются одной тРНК и кодируют одну аминокислоту. Крик, занимаясь расшифровкой генетического кода, заметил, что чаще всего эти несколько кодонов различаются только с третьей позиции, и предположил, что тРНК может быть неоднозначной, допуская «разночтения» на определенном уровне.

Иными словами, для совпадения между тРНК и кодоном на первых двух позициях требуется строго определенная пара оснований, а на третьей – не всегда. Почему?

Связи, в которых парные нуклеотиды соответствуют (комплиментарны) друг другу (например AU или CG), прочнее связей несоответствующих нуклеотидов (например UG или AC). Но не настолько, чтобы рибосома была так избирательна при сопоставлении нужной тРНК с кодоном. Обычно ошибки в рибосоме встречаются реже одной на тысячу позиций, то есть точность ее гораздо выше, чем у самых лучших лабораторных синтезаторов пептидов. Кроме того, рибосома справляется с этим удивительно быстро; в типичной бактериальной клетке она собирает около двадцати аминокислот в секунду. Как же рибосома достигает такой точности?

Рис. 14.2. тРНК должна идеально стыковаться кодоном по первым двум основаниям, а по третьему («неоднозначному») – необязательно

Мы изучали антибиотик паромомицин, который повышает количество ошибок считывания кодонов в рибосоме. Синтезированная нами структура 30S с паромомицином показала, что при связывании с этим белком два основания выплетались из своей длинной спирали и оказывались там, где должны находиться кодон мРНК и антикодон тРНК, то есть нарушали специфичность узнавания тРНК. Но подробности этого процесса оставались неясны, поскольку у нас в кристалле не было мРНК и тРНК.

Чтобы понять, как может происходить декодирование, мы пытались делать комплекс из мРНК и тРНК с субъединицей 30S, а еще лучше – с целой рибосомой. Однако с такой кристаллической формой этот прием не работал по странной причине. Существуют два сайта: один удерживает для тРНК растущую белковую цепочку (P-сайт), а другой имеет декодирующий центр, к которому прикрепляется тРНК, подносящая новую аминокислоту (А-сайт). Участок тРНК, называемый шпилькой, связывался с P-сайтом соседней молекулы. Если бы мы добавили мРНК и тРНК к субъединице 30S до кристаллизации, то комплекс заблокировал бы контакт со шпилькой соседней молекулы, что не дало бы сформироваться кристаллу. Но был и другой вариант решения этой проблемы.