Далеко не каждый тип молекул внутри клетки годится на ответственную роль биорегулятора: из нескольких тысяч можно перечислить всего несколько десятков (среди них и предмет нашего особого интереса — пептидные молекулы). Но именно эти немногие избранные и являются подлинными дирижерами великого биохимического оркестра, заставляющими изначальный хаос взаимных молекулярных превращений стать строго упорядоченным элементом живого.

Давайте подражать природе

Существует старинный рассказ о веселом соревновании на сельской ярмарке. Заезжий актер на радость собравшимся искусно имитировал визг поросенка. Но один крестьянин задумал перехитрить актера: он сунул в мешок живого поросенка, спрятал его под куртку и вызвал актера на состязание. Крестьянин раскрывал рот, а между тем щипал поросенка, и тот пронзительно визжал. Но слушатели единодушно решили почему-то, что актер лучше подражает поросенку, чем крестьянин, и самозванец удалился несолоно хлебавши.

Мораль этой истории трактуется обычно в чисто эстетическом смысле: для настоящего искусства важно не копирование реальности, а создание правдоподобия. Нам, однако, она понадобилась для напоминания о том, что многие лекарства вынуждены «исполнять обязанности» природных биорегуляторов организма и, следовательно, до известной степени имитировать их действие. Но, естественно, никто лучше уже существующих в организме биорегуляторов не сможет разобраться в чрезвычайно запутанных биохимических молекулярных механизмах. Так, может быть, именно они-то и будут идеальными лекарствами?

Действительно, многие свойства природных биорегуляторов весьма привлекательны для предполагаемых моделей лекарственных средств. Прежде всего их действие высокоспецифично. В переводе с научного на обыкновенный язык это означает, что биорегуляторы воздействуют на работу только вполне определенных звеньев биохимических механизмов. Они контролируют только превращение вещества А в вещество Б и больше практически ни во что не вмешиваются. Это очень ценное качество, особенно если вспомнить, что механизм действия многих широко применяемых лекарств (к примеру, самого распространенного, аспирина) так до конца и не выяснен. Более того, «обычное» лекарство зачастую исправляет функционирование одного участка биохимической системы, но ухудшает функционирование другого участка. Для природного биорегулятора такое весьма маловероятно.

Еще одним несомненным достоинством природных биорегуляторов является то, что для нормальной работы организма их требуется совсем немного — в смысле количества вещества, а не разнообразия. В таблетке аспирина — полграмма препарата, разовая доза антибиотиков — тысячные доли грамма. А типичные дозы естественных биорегуляторов — миллионные доли грамма на килограмм веса организма, а то и меньше. Иными словами, небольшая пробирка такого вещества в принципе способна удовлетворить месячную потребность города средних размеров. Уместно, однако, следующее возражение: да, когда биохимическая система находится в норме, физиологические концентрации биорегуляторов в месте их действия весьма малы — но именно в месте их действия. Если же использовать природные регулирующие агенты в качестве лекарств, придется каким-то образом вводить их в организм извне. При этом часть вещества не дойдет до места назначения, а распадется в процессе доставки, как происходит со всеми лекарствами. Не уничтожит ли это обстоятельство преимущества, обусловленные малостью физиологических концентраций природных биорегуляторов?

«Обычное» лекарство (слева) и природный биорегулятор (справа)

Мало того: превращения лекарственного вещества, как и всякого иного регулятора, продолжаются в организме непрерывно. А как быть с продуктами превращений? Ведь это, вообще говоря, уже новые химические соединения, которые могут обладать вовсе не желательным биологическим эффектом.

Но если за образец лекарства принять природный биорегулятор, то справиться с проблемой превращений его молекулы (по-научному говорят — с проблемой метаболизма) оказывается проще, чем в случае «обычного» лекарства, и в этом еще одно преимущество подражания природе. Метаболизм природного биорегулятора происходит гораздо интенсивнее в сравнении с распадом других «неизвестных» организму веществ. Это отрицательное качество с точки зрения удобства введения биорегулятора в организм, но оно все равно не слишком ограничивает возможности применения нового лекарственного средства. Зато с «осколками» отработавшей молекулы природного биорегулятора (продуктами метаболизма) организм уже научился бороться за тысячелетия эволюции. На языке медицины это означает, что продукты распада природных биологических молекул нетоксичны — опять-таки очень ценное свойство для лекарства.

Препараты, специально сконструированные в подражание структуре таких природных биорегуляторов, как ацетилхолин (так называемые холиномиметики), стероиды (кортизон, преднизолон и тому подобные лекарства), и некоторых других, существуют уже довольно давно. К сожалению, ассортимент таких лекарств еще далеко не соответствует ни потребностям медицины, ни даже возможностям, имеющимся в распоряжении драг-дизайна.

Следует уточнить: в распоряжении драг-дизайна двадцать первого столетия. Полвека назад современный драг-дизайн предстояло еще создать. Разные лаборатории в разных частях мира шли к этой цели по-разному. Путь маленькой группы в Институте тепло- и массообмена Академии наук Белорусской ССР, к которой я принадлежал, пролегал через теоретический конформационный анализ аминокислот, пептидов и белков — раздел биологической физики, возникавший буквально на наших глазах и при нашем активном участии.

Глава 3

Пептиды в разных измерениях

Аминокислоты и пептиды

До сих пор слово «пептиды» использовалось просто как обозначение одного из многих классов молекул-биорегуляторов — примерно так же, как мы говорим «собака», увидев симпатичное животное, дружелюбно помахивающее хвостом. Однако эксперт-собаковед не согласился бы с таким упрощенным подходом ко всему собачьему племени в целом. Ведь несмотря на то, что все собаки — родственники и относятся к одному и тому же виду Canis familiaris в зоологической классификации, их свойства могут быть совершенно различными.

Для химика аминокислоты, пептиды и белки — тоже родственники, и очень близкие. Их молекулы состоят всего из пяти типов атомов: углерода (С), азота (N), кислорода (О), водорода (Н) и, значительно реже, серы (S). Пептиды и белки представляют собой полимеры, то есть цепочки из нескольких мономерных единиц — как раз эти единицы и называются аминокислотами.

Пептиды, функционирующие в организме, построены, как правило, лишь из вполне определенных аминокислот вида:

Когда аминокислоты соединяются в цепочку (это происходит с выделением молекул воды), образуется типичный пептид:

Элемент CONH, называемый пептидной группой, или пептидной связью, повторяясь, образует остов молекулы (в дословном переводе с английского backbone — «костяк, скелет»), а различные типы атомных группировок, ответвляющиеся от остова и условно обозначенные буквами R1, R2, R3, R4... Rn называются боковыми цепями. Каждая боковая цепь имеет свою индивидуальность: в целом пептидная цепочка напоминает модные в свое время ожерелья из разноцветных и разнокалиберных кусочков пластмассы — тем более что молекула пептида иногда бывает замкнута в