Текст книги "Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК"

[7]
В мире нет второго такого, как Лайнус

Это сочетание огромного ума и заразительной улыбки было неотразимо. Однако несколько коллег следили за этим представлением со смешанным чувством. То, как Лайнус метался вокруг демонстрационного стола и жестикулировал, точно фокусник, который вот-вот вытащит кролика из своего башмака, вызывало у них ощущение собственной неполноценности. С этим было бы легче смириться, держись он хоть чуть-чуть поскромнее. Даже если бы он сказал глупость, студенты, загипнотизированные его неукротимой уверенностью в себе, все равно этого не заметили бы. Немало его коллег втихомолку дожидалось того часа, когда Полинг сядет в лужу, споткнувшись на чем-нибудь серьезном.

ДЖЕЙМС УОТСОН{248}248
  Название данной главы и эпиграф к ней см.: James D. Watson, The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA, edited by Gunther Stent (New York: Norton, 1980), 25.


[Закрыть]

Физики преобразовали биологию квантовой теорией. Лайнус Полинг предложил сделать то же самое с химией{249}249
  Thomas Hager, Force of Nature: The Life of Linus Pauling (New York: Simon and Schuster, 1995), 207.


[Закрыть]. В 1936 г., в возрасте 35 лет, он стал заведующим кафедрой химии и деканом отделения химии и химических технологий Калифорнийского технологического института. Благодаря щедрому финансированию Фондом Рокфеллера Полинг имел все необходимое, чтобы объединить химию, биологию и физику в новую науку – молекулярную биологию, начавшую открывать многочисленные тайны основных компонентов живой клетки{250}250
  Warren Weaver, «Molecular Biology: Origin of the Term,» Science 170 (1970): 581–82; Warren Weaver, «The Natural Sciences,» in Annual Report of the Rockefeller Foundation for 1938, 203–51 (цит. со с. 203), https://assets.rockefellerfoundation.org/app/uploads/20150530122134/Annual-Report-1938.pdf.


[Закрыть]. Вкладывать в это направление силы видных ученых и деньги было мудро. От беглого ознакомления с работами Полинга в тот период захватывает дух. Они составляют широчайший спектр – от разработки новых методов изучения структуры молекул неорганических и органических веществ до участия в написании руководства по применению квантовой теории в химии{251}251
  Hager, Force of Nature, 214; Linus Pauling and E. Bright Wilson, Introduction to Quantum Mechanics With Applications to Chemistry (New York: McGraw-Hill, 1935).


[Закрыть]. Занимаясь этими вопросами, Полинг устремил пронизывающий взгляд своих серо-голубых глаз на совершенно новое научное начинание – определение структуры белков, из которых построены все живые существа. Он полагал, что решение этой космических масштабов задачи поможет ученым и врачам лучше понять процессы жизнедеятельности, а также, возможно, даст ключи к материальной основе генетики, остававшейся в ту пору загадкой{252}252
  Horace Freeland Judson, The Eighth Day of Creation: The Makers of the Revolution in Biology (Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996), 60; интервью, взятые Хорасом Джадсоном у Лайнуса Полинга 1 марта 1971 г. и 23 декабря 1975 г., HFJP.


[Закрыть]. И это еще слабо сказано.

Лайнус Полинг родился в Кондоне (штат Орегон, США) 28 февраля 1901 г.{253}253
  Биографическую информацию о Полинге см.: Hager, Force of Nature; Jack D. Dunitz, A Biographical Memoir of Linus Carl Pauling, 1901–1994 (Washington, DC: National Academy of Sciences/National Academies Press, 1997), 221–61; Anthony Serafini, Linus Pauling: A Man and His Science (St. Paul, MN: Paragon House, 1989); Ted Goertzel and Ben Goertzel, Linus Pauling: A Life in Science and Politics (New York: Basic Books, 1995); Clifford Mead and Thomas Hager, eds., Linus Pauling: Scientist and Peacemaker (Corvallis: Oregon State University Press, 2001); Mina Carson, Ava Helen Pauling: Partner, Activist, Visionary (Corvallis: Oregon State University Press, 2013); Barbara Marinacci, ed., Linus Pauling: In His Own Words (New York: Touchstone Books/Simon and Schuster, 1995); Chris Petersen and Cliff Mead, eds., The Pauling Catalogue: The Ava Helen and Linus Pauling Papers at Oregon State University, 6 vols. (Corvallis: Valley Library Special Collections, Oregon State University, 2006); Lily E. Kay, The Molecular Vision of Life: Caltech, the Rockefeller Foundation, and the Rise of the New Biology (New York: Oxford University Press, 1993); Richard Severo, «Linus C. Pauling Dies at 93; Chemist and Voice for Peace,» New York Times, August 21, 1994, 1A, 51B.


[Закрыть] Его отца, аптекаря Германа Полинга, одолевали неспособность к бизнесу и мучительные желудочные боли. В раннем детстве Лайнус любил наблюдать, как отец смешивает разные вещества, чтобы изготовить лекарства от диспепсии по собственному рецепту. В 1909 г. его аптека в Кондоне сгорела, и Герман переехал в Портленд. В следующем году он умер от прободной язвы и перитонита, когда ему было всего 34 года, а сыну – девять. Мать, Люси Изабель Дарлинг Полинг, занималась только домашним хозяйством и воспитанием Лайнуса и его младших сестер Полин и Фрэнсис, а больше ничего не умела. Семья оказалась в такой нужде, что миссис Полинг, чтобы добыть средства к существованию, открыла в Портленде маленький пансион для путешественников. Денег вечно не хватало, миссис Полинг часто болела, и Лайнусу пришлось браться за множество случайных подработок, чтобы сводить концы с концами. Между школой и прочими обязанностями мальчик часами пропадал в местной публичной библиотеке, читая всевозможные книги. Он изумлял учителей способностью не только запоминать все прочитанное, но и применять этот материал к темам школьных уроков.

Когда Полингу было четырнадцать лет, его лучшему другу подарили игрушечный набор химика, и мальчики постоянно в него играли. Полинг был просто зачарован химическими явлениями, реакциями, в результате которых появлялись вещества, нередко с совершенно иными свойствами, нежели исходные, и желал все больше узнавать об этой стороне мира{254}254
  Имя лучшего друга – Ллойд Джефрис. Irwin Abrams, The Nobel Peace Prize and the Laureates: An Illustrated Biographical History, 1901–2001 (Nantucket: Science History Publications USA, 2001), 198.


[Закрыть]. Вскоре он устроил в подвале собственную лабораторию, позаимствовав реактивы и лабораторную посуду на закрытом плавильном заводе, который сторожил его дед. Подобно детским выходкам Фрэнсиса Крика, химические изыскания юного Полинга сводились в основном к изготовлению бомб-вонючек и взрывающихся петард. Ради своих развлечений в лаборатории он стал брать в библиотеке учебники по химии и выяснять, как меняются различные вещества при смешивании с другими – собственно, это были первые шаги в изучении химических соединений.

В шестнадцать лет Полинг задумался о дипломе химика-технолога Орегонского сельскохозяйственного колледжа в Корваллисе. Он полагал, что эта практическая цель позволит ему удовлетворить свое любопытство и обеспечит работой. Это учебное заведение привлекло его тем, что студенты из штата Орегон учились там бесплатно. Однако переезд в Корваллис, расположенный в 72 милях к юго-западу от Портленда, создавал серьезную проблему: мать Лайнуса отчаянно нуждалась в деньгах, которые он получал, работая после школы в слесарной мастерской, и требовала, чтобы он продолжил работать и отказался от своих ученых амбиций. Полинг проявил твердость. Он бросил среднюю школу и вскоре был принят в колледж.

Полинга зачислили осенью 1917 г., но в 1919 г. он на время прервал обучение, чтобы помочь семье, для чего работал в дорожной инспекции штата Орегон. Когда он вернулся в колледж, ему благодаря блистательным успехам в химии и умению хорошо говорить предложили занять штатную должность помощника преподавателя количественного анализа. Теперь он мог жить и учиться в Корваллисе и посылать существенную часть заработка матери в Портленд.

На последнем курсе Полинг встретил любовь всей своей жизни – яркую, прелестную, кокетливую первокурсницу с длинными черными волосами по имени Ава Хелен Миллер. Впоследствии он так вспоминал, почему был очарован ею: «Она была самой смышленой девушкой среди тех, кого я знал». Ава Хелен родилась в Бивер-Крик (штат Орегон) десятой из двенадцати детей в семье. Ее отец – немец-иммигрант, школьный учитель, член Демократической партии – тяготел к социализму, мать активно участвовала в движении суфражисток. У Авы Хелен были разнообразные интересы – от прав женщин, расового равенства и социальных реформ до химии. Полинг и Миллер познакомились на занятиях по химии домашнего хозяйства, которые он вел, а она посещала. Лайнус долго не решался пригласить ее на свидание, потому что романтические отношения преподавателей со студентами не поощрялись. Любовь победила бюрократические препоны, когда он убедил себя, что он и Ава Хелен не учитель и ученица, а два студента. Ухаживание состояло в том, что они совершали долгие прогулки, во время которых поедали конфеты из одного пакетика, и ходили на танцы в колледже. В конце весны 1922 г., еще не выставив «ученице» итоговую отметку, Полинг предложил ей стать его женой. Девушка ответила согласием, и на экзамене он поставил ей оценку на балл ниже заслуженной, чтобы не показаться пристрастным{255}255
  Hager, Force of Nature, 68–71.


[Закрыть]. Они поженились весной 1923 г. Так началось семейное, идейное, научное и политическое партнерство длиной в шестьдесят лет. В 1962 г. Полинг удостоился Нобелевской премии мира за борьбу с распространением ядерного оружия, но к движению за мир его приобщила жена.

Окончив Орегонский сельскохозяйственный колледж, Полинг поступил в аспирантуру Калифорнийского технологического института (Калтех) в Пасадене. В этом только что обновленном тогда учебном и научном учреждении было богатое финансирование, новейшие исследования и немало нобелевских лауреатов. Калтех стал его научным домом на сорок лет{256}256
  Калифорнийский технологический институт. См.: https://ru.wikipedia.org/wiki/Калифорнийский_технологический_институт#:~:text=6%20Ссылки-,История, технологический%20институт%20в%201920%20году. Л. Полинг ушел из этой организации в 1963 г. по ряду причин, включая свои политические взгляды.


[Закрыть]. Там Лайнус заинтересовался рентгеновской кристаллографией, квантовой теорией и молекулярной структурой химических соединений. В 1925 г. он завершил работу над диссертацией «Определение структуры кристаллов с помощью рентгеновского излучения» под руководством Роско Дикинсона, который в 1920 г. стал первым обладателем степени PhD в Калтехе. В 1926 г. известный химик Артур Амос Нойес, возглавлявший одно из отделений института, добился для Полинга стипендии Мемориального фонда Джона Саймона Гуггенхайма, учрежденной в 1925 г. для выдающихся ученых в любой области знания{257}257
  Первоначально стипендиаты Фонда Гуггенхайма были обязаны проходить стажировку за пределами Соединенных Штатов, но с целью как можно меньше ограничивать стипендиатов это требование отменили в 1941 г. «History of the Fellowship,» John Simon Guggenheim Memorial Foundation, https://www.gf.org/about/history/.


[Закрыть].

Стипендия позволила Полингу поехать с женой в Мюнхен по приглашению директора Института теоретической физики Арнольда Зоммерфельда. Зоммерфельд, много сделавший в квантовой теории атома, был одной из ключевых фигур мюнхенской школы теоретической физики, в числе его учеников Вернер Гейзенберг, Поль Дирак и Вольфганг Паули, ставшие лауреатами Нобелевской премии по физике{258}258
  В 1925 г. Полинг предложил свои услуги одновременно Центру теоретической физики Арнольда Зоммерфельда (Мюнхенский университет) и Институту Нильса Бора (Копенгагенский университет). Зоммерфельд ответил на его письмо, Бор нет. Интервью, взятое Джоном Гринбергом у Лайнуса Полинга 10 мая 1984 г., II, архив Калифорнийского технологического института (Пасадена, шт. Калифорния, США).


[Закрыть]. В институте Полинг познакомился с лучшими европейскими физиками и химиками, которые рассказали ему о своих исследованиях. Полинг был убежден, что квантовая теория – ключ к пониманию структуры и «поведения» молекул, атомов и химических связей{259}259
  Dunitz, Biographical Memoir, 226. Будучи стипендиатом Фонда Гуггенхайма, Полинг написал статью «The theoretical prediction of the physical properties of many electron atoms and ions: Mole refraction, diamagnetic susceptibility, and extension in space,» Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 114, no. 767 (1927): 181–211. См. также: Linus Pauling, «The Nature of the Chemical Bond: Application of Results Obtained from the Quantum Mechanics and From a Theory of Paramagnetic Susceptibility to the Structure of Molecules,» Journal of the American Chemical Society 53, no. 4 (1931): 1367–400; Linus Pauling, The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry (Ithaca, NY: Cornell University Press, 1939).


[Закрыть]. Фонд Гуггенхайма предоставил Полингу дополнительные средства, на которые он отправился в Копенгаген, где посетил знаменитый Институт Нильса Бора и соприкоснулся с Der Kopenhagener Geist der Quantentheorie («копенгагенским духом квантовой теории»), воплощавшим идеал интеллектуального сотрудничества{260}260
  Hager, Force of Nature, 131. См. также: Werner Heisenberg, «Preface,» The Physical Principles of the Quantum Theory, translated by Carl Eckart and F. C. Hoyt (New York: Dover, 1950), iv.


[Закрыть].

Осенью 1927 г. Полинг вернулся в Калтех. Он сделал головокружительную карьеру и в 29 лет стал профессором. В 1931 г. на лекцию Полинга о применении волновой механики к пониманию химических связей пришел немецкий физик, принятый на работу в Калтех. Когда какой-то газетный репортер поинтересовался его мнением о лекции, физик замялся, признавшись: «Она была слишком сложной для меня». Физика звали Альберт Эйнштейн{261}261
  Hager, Force of Nature, 161; Severo, «Linus C. Pauling Dies at 93.»


[Закрыть]. В том же году А. Нойес назвал Полинга восходящей звездой, ученым, уже достойным Нобелевской премии{262}262
  Severo, «Linus C. Pauling Dies at 93.»


[Закрыть]. К 1933 г. Полинг вплотную приблизился к этому достижению; он был избран в Национальную академию наук, что является очень высокой оценкой у американских ученых.

В 1937 г. Полинг пригласил британского физика и молекулярного биолога Уильяма Астбери, который прекрасно разбирался в рентгеноструктурном анализе, прочесть цикл лекций в Калтехе. Астбери, будучи профессором Лидсского университета, где преподавал текстильное дело, изучал молекулярную структуру натуральных волокон – шерсти, хлопка и др. Он привез большую коллекцию превосходных рентгенограмм волокон кератина – основного белка волос, ногтей, когтей, рогов, перьев и внешних слоев кожи позвоночных{263}263
  W. T. Astbury and H. J. Woods, «The Molecular Weights of Proteins,» Nature 127 (1931): 663–65; W. T. Astbury and A. Street, «X-ray studies of the structures of hair, wool and related fibers. I. General,» Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 230 (March 1931): 75–101; W. T. Astbury, «Some Problems in the X-ray Analysis of the Structure of Animal Hairs and Other Protein Fibres,» Transactions of the Faraday Society 29 (1933): 193–211; W. T. Astbury and H. J. Woods, «X-ray studies of the structures of hair, wool and related fibers. II. The molecular structure and elastic properties of hair keratin,» Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 232 (1934): 333–94; W. T. Astbury and W. A. Sisson, «X-ray Studies of the Structures of Hair, Wool and Related Fibres. III. The configuration of the keratin molecule and its orientation in the biological cell,» Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 150 (1935): 533–51.


[Закрыть]. Астбери, как никто другой, знал, как немыслимо сложно расшифровывать эти изображения, состоящие из линий, точек, пятен и мазков. Нередко после интерпретации колоссального набора данных полученные результаты вызывали сомнение у других ученых, которые пересматривали бо́льшую часть их или вовсе отвергали.

Астбери предложил ряд потенциально возможных структур кератина, которые, по его мнению, согласовывались с имеющимися данными. Однако Полинг, изучив рентгенограммы, не согласился с его выводами, поскольку о структуре аминокислот, из которых состоят белки, в ту пору было очень мало надежных сведений и никто, по существу, не занимался этой проблемой интенсивно и систематически. Досконально зная научную литературу, он считал, что опубликованные рентгеноструктурные исследования аминокислот ошибочны: «Я знал – то, что говорит Астбери, неверно, потому что наши исследования простых молекул дали нам достаточно знаний о длинах и углах связей и о формировании водородных связей, чтобы доказать ошибочность его утверждений. Однако я не знал, что же верно»{264}264
  Интервью, взятое Хорасом Джадсоном у Лайнуса Полинга 23 декабря 1975 г., HFJP; см. также: Judson, The Eighth Day of Creation, 61–62.


[Закрыть].

Семью годами ранее, в 1930 г., Полинг начал разрабатывать новый путь определения молекулярной структуры неорганических соединений кремния – силикатов{265}265
  L. C. Pauling, «The Structure of the Micas and Related Minerals,» Proceedings of the National Academy of Sciences 16, no. 2 (February 1930): 123–29.


[Закрыть], сочетавший квантовую химию, теоретическую физику и блестящую интуицию. Сначала Полинг постарался узнать все возможное о размерах и форме составных частей молекулы. Затем он сделал ряд обоснованных предположений о химических связях, удерживающих вместе атомы, образующие молекулу. Межатомные связи дают представление об углах, изгибах и поворотах, то есть о трехмерной структуре молекулы. На основании этой информации Полинг строил модели из шариков, палочек и геометрических форм, изготовленных с соблюдением пропорций, воссоздавая расположение атомов в молекуле. Полученные модели Полинг сравнивал с данными рентгеноструктурного анализа; если они совпадали, значит, химические связи и форма молекулы предсказаны верно{266}266
  . Oxford English Dictionary, 2nd edition, vol. 16 (Oxford: Oxford University Press, 1989), 730.


[Закрыть].

Задолго до того, как были написаны последние строки классического труда «Природа химической связи и структура молекул и кристаллов», изданного в 1939 г., Полинг собирался переключиться на исследование сложных органических соединений – биологических макромолекул. Он полагал, что форма молекулы белка определяется водородными связями. Водородная связь возникает в силу взаимодействия электроотрицательного атома или группы атомов и атома водорода, связанного ковалентно с другим электроотрицательным атомом и потому несущего частичный положительный заряд. Поскольку эти связи определяют форму молекулы, то, как полагал Полинг, они важны и для свойств вещества, а значит, для его биологической функции – будь то взаимодействие антигена с антителом, мышечное сокращение или передача сигналов между клетками нервной системы. Он ожидал, что путь к пониманию молекулярной структуры белков займет много лет, но верил в успех{267}267
  Pauling, The Nature of the Chemical Bond, 411.


[Закрыть]. Понадобилось одиннадцать лет, чтобы выяснить общее строение белков.

Еще до решения этой задачи Полинг начал размышлять о том, как гены воспроизводятся и как передаются признаки от одного поколения другому{268}268
  Jack Dunitz, «The Scientific Contributions of Linus Pauling,» in Clifford Mead and Thomas Hager, eds., Linus Pauling: Scientist and Peacemaker (Corvallis: Oregon State University Press, 2001), 78–97.


[Закрыть]. В 1940 г. он написал короткую статью в соавторстве с Максом Дельбрюком, также работавшим в Калифорнийском технологическом институте. (Дельбрюк восхищался книгой Шрёдингера «Что такое жизнь?», а Полинг находил ее пустой болтовней{269}269
  Hager, Force of Nature, 282. В 1987 г. Полинг заявил, что Шрёдингер не внес никакого вклада в понимание жизни; Linus Pauling, «Schrödinger's Contribution to Chemistry and Biology,» in C. W. Kilmister, ed., Schrödinger: Centenary Celebration of a Polymath (Cambridge: Cambridge University Press, 1987), 225–33.


[Закрыть].) Эта статья, опубликованная в журнале Science, опровергала идею немецкого физика-теоретика Паскуаля Йордана, считавшего, что в основе наследственности лежит передача информации между одинаковыми молекулами. Опираясь на свои знания о ковалентных связях, Полинг и Дельбрюк предсказали: «Эти взаимодействия таковы, что обеспечивают стабильность системы из двух противопоставленных молекул с комплементарными структурами, а не из двух молекул с непременно одинаковыми структурами»{270}270
  Linus Pauling and Max Delbrück, «The Nature of the Intermolecular Operative in Biological Processes,» Science 92, no. 2378 (1940): 77–99. Машинописный экземпляр этой статьи: LAHPP, Manuscript Notes and Typescripts, The Race for DNA, http://scarc.library.oregonstate.edu/coll/pauling/dna/notes/1940a.5–03.html. См. также: Dunitz, «The Scientific Contributions of Linus Pauling,» 8; Pascual Jordan, «Biologische Strahlenwirkung und Physik der Gene» (Biological Radiation Effects and Physics of Genes), Physikalische Zeitschrift 39 (1938): 345–66, 711; Pascual Jordan, «Problem der spezifischen Immunität» (Problem of Specific Immunity), Fundamenta Radiologica 5 (1939): 43–56; Richard H. Beyler, «Targeting the Organism: The Scientific and Cultural Context of Pascual Jordan's Quantum Biology, 1932–1947,» Isis 87, no. 2 (1996): 248–73; Nils Roll-Hansen, «The Application of Complementarity to Biology: From Niels Bohr to Max Delbrück,» Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 30, no. 2 (2000): 417–42; Daniel J. McKaughan, «The Influence of Niels Bohr on Max Delbrück,» Isis 96, no. 4 (2005): 507–29; Bernard S. Strauss, "A Physicist's Quest in Biology: Max Delbrück and «Complementarity,» Genetics 206 (2017): 641–50; James D. Watson, «Growing Up in the Phage Group,» JDWP, JDW/2/3/1/38.


[Закрыть]. Так взаимодействуют ключ и замок: зубцу ключа (одной молекулы) соответствует углубление в замке (комплементарной молекуле). В 1940-е гг. Полинг продвигал эту завораживающую, но пока не доказанную гипотезу{271}271
  Linus Pauling, Molecular Architecture and Processes of Life: The 21st Annual Sir Jesse Boot Foundation Lecture (Nottingham, UK: Sir Jesse Boot Foundation, 1948), 1–13, esp. 10; см. также: L. C. Pauling, «Molecular Basis of Biological Specificity,» Nature 258, no. 5451 (1974): 769–71.


[Закрыть], и она не осталась не замеченной Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Комплементарность – один из важнейших принципов, позволивших раскрыть тайну строения ДНК.

В этот период Полинг предпочитал работать вместе с биохимиком Робертом Кори, превосходно владевшим рентгеновской кристаллографией. Вследствие перенесенного в детстве полиомиелита у Кори была частично парализована левая рука и он сильно хромал, так что ходил с палочкой, отличался хрупкой конституцией и застенчивостью. Получив степень PhD в области химии в Корнеллском университете в 1924 г., Кори преподавал там аналитическую химию до 1928 г., когда ему дали стипендию Рокфеллеровского института медицинских исследований, где в 1930 г. предложили место на кафедре биофизики. В этом же институте Освальд Эвери изучал «трансформирующую субстанцию» у пневмококков. К сожалению, в 1937 г. лабораторию Кори распустили, потому что во время Великой депрессии даже Рокфеллерам пришлось затянуть пояса.

Затем Кори перешел в Национальный институт здоровья в Вашингтоне (округ Колумбия), где получил грант на один год, по окончании которого обратился к Полингу с просьбой взять его в Калифорнийский технологический институт. Он так стремился к научной деятельности, что предложил привезти собственное оборудование и не получать заработок. Полинг согласился, и Кори стал научным сотрудником его лаборатории без оплаты, но ценность была не в деньгах. Хотя помимо работы они не сблизились, Полинг всячески способствовал карьере Кори и неоднократно, хотя и безуспешно номинировал его на Нобелевскую премию. Под руководством Полинга Кори неуклонно рос в академической иерархии и в 1949 г. стал профессором. Друг Кори, химик Ричард Марш, также занимавшийся рентгеновской кристаллографией, характеризовал его как замкнутого человека: «Не любит никакие общественные мероприятия и предпочитает сидеть дома с женой, слушая Гилберта и Салливана или, скажем, ухаживая за газоном». По словам Марша, Кори был полной противоположностью Полинга, который любил быть в центре внимания. Полинг умел читать лекции столь завораживающе и увлекательно, что слушатели казались опоенными колдовским зельем. А тем временем выходила тщательно написанная статья с убедительными данными, полученными Кори, сутью которого были скрупулезность и внимательность{272}272
  Современное название организации – Национальные институты здравоохранения – принято в 1948 г. Richard E. Marsh, Robert Brainard Corey, 1897–1971: A Biographical Memoir (Washington, DC: National Academies Press, 1997), 51–67В.


[Закрыть].

Этот необычный тандем трудился над разгадкой структуры аминокислот слаженно и словно без заметных усилий. Кори занялся структурой простейшей аминокислоты – глицина. После того как он корректно описал каждый атом этой структуры, Полинг поручил ему дипептид из двух остатков глицина – 2,5-дикетопиперазин, и далее они продолжали увеличивать сложность молекулы, пока не получили данные, необходимые для изучения полипептидов. Цель состояла в том, чтобы установить расположение каждого атома в белковой молекуле, используя длины и углы связей в более простых молекулах, путем дедукции, моделирования и сравнения моделей с наблюдаемыми параметрами реальных белков.

В 1948/49 академическом году Полинг был истмановским профессором Баллиол-колледжа Оксфордского университета. Эта должность[31]31
  Это внештатная должность (приглашенный профессор) для небританских научных работников. – Прим. ред.


[Закрыть], учрежденная Джорджем Истманом, создавшим компанию Eastman Kodak, в те годы считалась одной из самых уважаемых профессур в мире{273}273
  Beaumont Newhall, «The George Eastman Visiting Professorship at Oxford University,» American Oxonian 52, no. 2 (April 1965): 65–69.


[Закрыть]. В это время в центре внимания британских специалистов по рентгеновской кристаллографии оказался комплект поразительно четких дифракционных рентгенограмм кератина, полученных Уильямом Астбери и его группой в Лидсском университете. По оценке Астбери, полипептидная цепь кератина резко изгибалась каждые 510 пикометров, словно зигзагообразная лента. Однако другие исследователи интерпретировали эти результаты иначе – как структуру типа пружины или спирали. Одним из приверженцев спиральной структуры был Фрэнсис Крик. Он критиковал модель Астбери, считая, что тот недостаточно скрупулезно относится к учету расстояний и углов. По мнению Крика, «любая цепочка из одинаковых повторяющихся звеньев, устроенная так, что все звенья складываются одним и тем же образом и одинаково соотносятся с ближайшими соседями, образует спираль»{274}274
  Francis Crick, What Mad Pursuit: A Personal View of Scientific Discovery (New York: Basic Books, 1988), 54.


[Закрыть]. И в зигзагообразной модели Астбери, и в спиральной модели Полинга смущало то, что не удается объяснить, как составляющие молекулу белка аминокислоты образуют повтор через каждые 510 пикометров и имеют жесткие химические связи.

Промозглой зимой в Оксфорде Полинг расколол этот крепкий орешек – додумался, как устроены белки. Позднее он объяснил свое необычное открытие обычной простудой (которую, как он стал считать впоследствии, можно вылечить ударными дозами витамина С){275}275
  Linus Pauling, Vitamin C, the Common Cold and the Flu (New York: W. H. Freeman, 1977).


[Закрыть]. Простуда переросла в синусит, обрекший его на заключение в четырех стенах «негодной» квартиры, предоставленной ему как истмановскому профессору. «В первые пару дней, – вспоминал Полинг, – я читал детективы и просто старался не хандрить, но заскучал и подумал: почему бы не поразмыслить о структуре белков?»{276}276
  Thomas Hager, Linus Pauling and the Chemistry of Life (New York: Oxford University Press, 1998), 86.


[Закрыть] Он встал с кровати, взял бумагу и карандаш и начал рисовать различные возможные структуры. Полинг пришел к мысли, что в белковой молекуле необходим своего рода скелет, опорная конструкция для химических группировок, определяющих биологическую активность данного белка. Он принялся складывать лист бумаги в разные формы: тетраэдр, телескопическую трубку и, наконец, после многократных попыток и поисков, в узнаваемую, хотя и несовершенную спиральную модель. Десятилетия спустя Полинг отметил: «Я тогда и думать забыл о простуде, так увлекся»{277}277
  Hager, Linus Pauling, 323–24; см. также интервью, взятое Хорасом Джадсоном у Лайнуса Полинга 23 декабря 1975 г., HFJP.


[Закрыть]. Однако поначалу ему не удалось сообразить, как заложить в модель расстояние между двумя соседними изгибами цепочки в точном соответствии с интервалом в 510 пикометров, установленным Астбери по рентгенограммам. На это ушло еще три года кропотливой работы. Задержка объяснялась не только ограничениями имевшихся в распоряжении Полинга лабораторных методов, но и необходимостью отвлекаться на организационную деятельность, обучение сотрудников, разработку новых экспериментов, написание статей и чтение лекций.

Полинг, помимо описанной выше магистральной линии, вел исследования и в других направлениях. Так, он показал, что серповидноклеточная анемия имеет причины на молекулярном уровне. Применив метод электрофореза, Полинг с коллегами продемонстрировали, что малое изменение электрического заряда гемоглобина из-за замены всего одной аминокислоты на другую в составе этого белка вызывает клиническую картину, печально известную больным серповидноклеточной анемией и их лечащим врачам. Теперь известно, что эта аминокислотная замена обусловлена точечной мутацией, то есть заменой одного нуклеотида в гене, который кодирует β-цепь гемоглобина, расположен в 11-й хромосоме и наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Гемоглобин с измененным электрическим зарядом аномален: его молекулы собираются в длинные тяжи, из-за чего эритроциты приобретают серповидную форму и преждевременно разрушаются; поврежденные клетки слипаются и прилипают к стенкам кровеносных сосудов, блокируя ток крови, что вызывает сильные боли вплоть до тяжелого состояния, называемого вазоокклюзивным кризом{278}278
  При серповидноклеточной анемии в гемоглобине имеется единичная аминокислотная замена по сравнению с нормальным гемоглобином: в β-цепи глобина, состоящей из 146 аминокислотных остатков, L-глутаминовая кислота в 6-й позиции замещена на L-валин. L. C. Pauling, H. A. Itano, S. J. Singer, and A. C. Wells, «Sickle Cell Anemia, a Molecular Disease,» Science 110, no. 2865 (1949): 543–48. Джеймс Нил из Мичиганского университета также доказал, что серповидноклеточная анемия – наследственное заболевание; James V. Neel, «The Inheritance of Sickle Cell Anemia,» Science 110, no. 2846 (1949): 64–66.


[Закрыть]. Открытие Полинга не только явилось существенным достижением в химии белков, но и положило начало пониманию причин заболеваний на молекулярном уровне. А в 1968 г. Полинг опозорил свое имя чудовищной евгенической идеей – препятствовать носителям гена серповидноклеточной анемии и больным этой болезнью иметь детей: «Нужно делать им в молодости татуировку на лбу, свидетельствующую о присутствии гена серповидноклеточной анемии, чтобы носители дефекта не вступали в связь друг с другом»{279}279
  Linus Pauling, «Reflections on the New Biology,» UCLA Law Review 15 (February 1968): 268–72.


[Закрыть].

Полинг был не единственным крупным ученым, рассчитывавшим покончить с загадкой белка. Уильям Лоуренс Брэгг и его сотрудники Макс Перуц и Джон Кендрю в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета немало лет упорно, но почти безрезультатно бились над структурой сложных белков. В отличие от Полинга, который шел от компонентов белков, групп атомов, затем аминокислотных остатков к предсказательной модели общей структуры и затем сравнивал ее с рентгенограммами, группа Брэгга начала с анализа рентгенограмм цельных белковых молекул, то есть взялась за задачу с другого конца. Это была настолько муторная работа, что Макс Перуц жаловался: «Множество ночей сна урывками, труднейшие измерения интенсивности тысяч рефлексов до черных точек в глазах нисколько не приблизили меня к разгадке строения гемоглобина, и я потратил часть лучших лет своей жизни на попытки решения задачи, которая представлялась неразрешимой»{280}280
  Max F. Perutz, Science is Not a Quiet Life: Unraveling the Atomic Mechanism of Haemoglobin (Singapore: World Scientific, 1997), 41.


[Закрыть]. Несмотря на разочарование, к 1950 г. Брэгг, Кендрю и Перуц сочли, что собрали достаточно данных, чтобы оспорить мнение Полинга, и в октябрьском номере журнала Proceedings of the Royal Society of London опубликовали статью «Конфигурации полипептидной цепи в кристаллизованных белках»{281}281
  W. L. Bragg, J. C. Kendrew, and M. F. Perutz, «Polypeptide Chain Configurations in Crystalline Proteins,» Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical and Physical Sciences 203, no. 1074 (October 10, 1950), 321–57.


[Закрыть]. Полинг, как только номер оказался у него в руках, к своей радости, увидел, что Брэгг и его коллеги вовсе не решили головоломку. Они лишь рассмотрели все предполагаемые варианты структуры полипептидной цепи и, исчерпав этот список, присоединились к ошибочной гипотезе Астбери, согласно которой волокна кератина имеют форму складчатой изгибающейся ленты.

У Полинга была припасена более сильная карта. Вместе с Кори и работавшим с ними в течение 1948/49 академического года физиком Германом Брэнсоном из «черного» Университета Ховарда[32]32
  В этом учебном заведении, основанном генералом Оливером Ховардом в 1867 г., до отмены сегрегации учились только афроамериканцы. – Прим. ред.


[Закрыть] Полинг выдвинул гипотезу спиральной структуры белковых молекул, согласовавшуюся с имевшимися данными о длинах и углах связей между атомами аминокислотных остатков, составляющих полипептидную цепь. Опираясь на результаты своих экспериментов, Полинг предположил, что пептидная группа – группа атомов, образующих соединение между аминокислотными остатками, – является плоской, стабильной и жесткой. Это означает, что атомы, образующие пептидную связь, лежат в одной плоскости; связь между ними имеет частично двойной характер, поэтому отсутствует вращение вокруг связи. Полинг, Кори и Брэнсон предложили структуру с максимально возможным числом водородных связей между витками спирали. Эти умозаключения привели к предположению о существовании двух основных типов структуры белков: α-спирали и β-слоя. Теперь известно, что они – основа молекулы любого белка{282}282
  David Eisenberg, «The discovery of the α-helix and β-sheet, the principle structural feature of proteins,» Proceedings of the National Academy of Sciences 100, no. 20 (September 30, 2003): 11207–10. См. также: M. F. Perutz, «New X-ray Evidence on the Configuration of Polypeptide Chains: Polypeptide Chains in Poly-γ-benzyl-L-glutamate, Keratin and Hæmoglobin,» Nature 167, no. 4261 (1951): 1053–54; Arthur S. Edison, «Linus Pauling and the Planar Peptide Bond,» Nature Structural Biology 8, no. 3 (2001): 201–2; California Institute of Technology press release on Pauling and Corey's protein research, September 4, 1951, LAHPP, http://scarc.library.oregonstate.edu/coll/pauling/proteins/papers/1951n.7.html.


[Закрыть]. В 1951 г. Полинг и его коллеги опубликовали свои результаты и выводы в цикле из восьми статей в апрельском и майском номерах Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) за текущий год{283}283
  См.: Edison, «Linus Pauling and the Planar Peptide Bond.» См. также: Linus Pauling, Robert B. Corey, and Herman R. Branson, «The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 4 (1951): 205– 11; L. C. Pauling and R. B. Corey, «Atomic coordinates and structure factors for two helical configurations of polypeptide chains,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 235–40; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The structure of synthetic polypeptides,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 241–50; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The Pleated Sheet, A New Layer Configuration of Polypeptide Chains,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 251–56; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The structure of feather rachis keratin,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 256–61; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The Structure of Hair, Muscle, and Related Proteins,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 261–71; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The Structure of Fibrous Proteins of the Collagen–Gelatin Group,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 272– 81; L. C. Pauling and R. B. Corey, «The polypeptide-chain configuration in hemoglobin and other globular proteins,» Proceedings of the National Academy of Sciences 37, no. 5 (1951): 282–85.


[Закрыть]. В следующее десятилетие многочисленные исследования методом рентгеноструктурного анализа подтвердили его теорию.

В Кавендишской лаборатории, где все боялись проиграть в гонке за успех Лайнусу Полингу, в тревоге читали его статьи. Брэгг болезненно воспринял это публичное доказательство своей неправоты. В 1963 г. он выступил с лекцией «Как не был раскрыт секрет белков», в которой признал ошибочность своей статьи 1950 г.: «Мне она всегда казалась самой непродуманной и неудачной из всех работ, в которых я когда-либо участвовал»{284}284
  W. L. Bragg, "First Stages in the Analysis of Proteins," Reports of Progress in Physics 28 (1965): 1–16; лекция 15 ноября 1963 г.


[Закрыть]. Полинг, казалось, всегда был на шаг впереди остального научного сообщества.