Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства - Лука Турин

Но в этой «угадайке» хорошо то, что вы знаете, какие слова должны быть написаны на телеграфной ленте. Как только вы сможете понять по форме кристалла, каким образом был расщеплен белок, т. е. проследить содержание всей бельевой веревки, то после этого можно уже получить достаточно точную картинку 3-D структуры мембранного рецептора типа адреналина. На самом деле, это неправда: сегодня мы имеем возможность получить точную 3-D картинку белка, имеющего отношение к мембранному рецептору, но сильно отличающегося в деталях, т. е. возникшего на несколько шагов раньше при игре в эволюционный испорченный телефон. И пока это – лучшее, на что способны ученые.

Как выглядит структура типичного рецептора? Характерной чертой многих из них является то, что бельевые веревки несколько раз проходят через мембрану. Эти трансмембранные (ТМ, поскольку все рецепторы в целом называются 7ТМ-рецепторами) сегменты похожи на стержни, хотя, если присмотреться внимательней, стержни, на самом деле, являются спиралями. Спирали – распространенная структура в белках, и они держатся вместе, потому что бусинки спирали соединяются в последовательных поворотах, таким образом придавая всему сооружению необходимую прочность. Где здесь место адреналину? Это не совсем ясно. Но, по аналогии с другими белками, типа родопсина, считается, что он встраивается в глубину белка. Как он туда попадает? Тоже не очень понятно, но надо помнить, что весь объект несколько шатается из-за теплового движения, и молекула адреналина может найти себе небольшое отверстие, чтобы проскользнуть внутрь и постепенно занять свое законное место.

А что происходит после этого? И это неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно получить точную 3D картину обоих состояний рецептора – состояния «вкл.» и состояния «выкл.». Поскольку нам трудно получить и ту и другую, ситуация не выглядит обнадеживающей. То есть она на самом деле хуже, чем кажется. Как мы скоро увидим, получить картинку рецептора с наличием или отсутствием в нем адреналина – недостаточно. Вспомним аналогию с замком и ключом. Вы хотите понять, как работает замок, и у вас есть две картинки: одна – со вставленным ключом, другая – без него. Это может быть совершенно бесполезно, если замок в обоих случаях закрыт. Нам требуется точная картинка рецептора в положении «вкл.», но у нас ее нет. Насколько точной она должна быть? Трудно сказать. Если активный рецептор вносит небольшие изменения в структуру, тогда у нас проблема. Это имеет смысл, потому что то, что включает его (адреналин, запах и т. п.), очень мало по сравнению с большим белком. Если бы изменения в белке оказались катастрофически велики, то было бы чертовски сложно быстро переключиться, чтобы он был готов принять следующее поступающие сообщение. В режиме ключ-замок поворот ключа в двери поднимает защелку, но не приводит к тому, чтобы вся дверь развалилась на составляющие. Короче говоря, мы толком не знаем, что происходит с рецептором, когда в него вставляется ключ, и имеем лишь косвенное представление о том, что происходит, подбирая к нему различные ключи и наблюдая, как что получается.

Сколько существует типов 7ТМ-рецепторов?[49] Их сотни, и каждый день описываются новые. Их подразделяют на различные семейства, в каждом из которых всего по несколько, за исключением одного – семейства обонятельных рецепторов человека. В этом семействе 347 членов. Довольно много, хотя не так много. Как считалось ранее (более тысячи, большинство из которых оказалось «псевдогенами», неработающими). У меня на стене в кабинете висит их карта; все аккуратно располагаются по порядку один под другим, одна телеграфная лента под другой, чтобы можно было видеть сходства и различия между ними, а также и неизменные участки. Некоторые участки телеграфной ленты, или «последовательности», как их называют, совершенно не затронуты эволюцией, другие участки чрезвычайно вариативны, даже в границах этого класса рецепторов, и еще сильнее отличаются один от другого в разных классах. Биологи любят думать, что все, поддающееся измерению, представляет интерес, поэтому неизменные участки считают необходимыми для функционирования, а изменяемые называют частями, которые прикрепляются ко всем молекулам запаха, а потому тоже важны для функционирования. На самом деле, что-то может быть весьма вариативным и при этом не иметь отношения к функционированию вообще, поскольку в таких случаях эволюционное давление оказалось равным нулю. Это как часовой механизм, в котором множество не функционирующих шестеренок: в таком случае сколько их и сколько у них зубчиков, не имеет значения.

Открытием обонятельных рецепторов мы почти полностью обязаны настойчивости и интуиции одного ученого – Линды Бак. Ее работа, опубликованная в 1991 г., возродила к жизни область изучения запахов, пребывавшую до той поры в состоянии стагнации. Наука в основном и складывается из таких отдельных семян знаний, вырастающих в могущественные деревья. Но окончательное решение, по крайней мере в том, что касается обонятельных рецепторов человека, пришло с реализацией проекта «Геном человека». Мы, или, точнее, человек, обладающий своим набором генов, имеем 347 различных обонятельных рецепторов. Это тут же вызывает очевидно простой вопрос: имеет ли отношение каждый рецептор к одному конкретному запаху?

Представьте молекулы запаха как слова незнакомого языка, а количество рецепторов – соответствующим количеству знаков этого языка. Если это проблема палеографии, то нам по опыту известно, что существуют два противоположных типа нотации. В алфавитной нотации звуки делятся на составляющие элементы (согласные, гласные) и каждому элементу соответствует своя буква. В идеографической нотации каждому слову соответствует свой символ. Если вы знаете, как много объектов-слов нужно людям для функционирующего языка (около тысячи), то следующие действия таковы. Сначала вы собираете все примеры известных текстов на данном языке. Если у вас лишь одна глиняная табличка, лучше подождать, пока раскопают побольше. Затем считаете все различающиеся знаки. Если их меньше пятидесяти – вы понимаете, что это алфавитное письмо. Если их гораздо больше пятисот – это идеографическое письмо. Если их 347 – возникает дилемма, и с такой столкнулись те, кто расшифровывал мертвые языки, типа египетского или майя. Постепенно выяснилось, что оба эти языка являются силлабическими, т. е. такими, в которых каждый символ представляет комбинацию звуков, чаще всего согласного и гласного. Язык амхарик в Эфиопии – еще один интересный и живой пример, в котором 247 прекрасных знаков для комбинаций гласного и согласного.

А как с запахами? Параллель действительно напрашивается. Предположим, нужно распознать всего тысячу запахов. Если вам придется изобретать рецепторы запахов, можно пойти двумя путями. Если тысяча известна и неизменяема, а вам нужна высокая восприимчивость, вы скорее всего создадите тысячу рецепторов, каждый из которых будет оснащен стильным маленьким карманчиком, выкроенным по форме конкретного запаха, как углубления в коробке для шоколадных конфет. В каждый рецептор точно, а, значит, плотно входит молекула одного запаха. После этого можно взять небольшое количество вещества из воздуха и утверждать, что оно там присутствует. Недостатки? Начнем с того, что вся система должна быть невероятно сложной, ведь вам нужно создать тысячу различных проводников, но по стандартам мозга, это не самая сложная проблема. Более серьезный недостаток в том, что (если вы не верите в Главного творца) эволюции потребуется довольно длительный период времени для создания такой системы, потому что эволюционное давление в пользу индивидуумов, которые различают запах не 500, а 501 молекулы из тысячи, будет пренебрежительно малым. Но есть еще более серьезная проблема: вы не можете помешать возникновению новых запахов! Могут появляться какие-то новые фрукты с новым химическим составом, особенно если человечество, как это с ним постоянно случалось, перемещается с одной территории на другую. Появляются новые виды кошек со своим особым запахом, а вы это не замечаете, потому что ваше обоняние, как Ноев ковчег, уже закрыло двери для животных, которые не успели ко времени отправления.