Вічний еволюціонер

У школі я був упевнений, що клітина – це плаский, наче скибочка ковбаси, кружечок, у центр якого вмонтовано шматочок сала, тобто ядро. Й тільки в університеті на мене зійшло саторі – клітина має форму кулі! Складається вона з тисяч менших кульок – молекул білків, жирів і вуглеводів, а ті в свою чергу – з кульок хімічних елементів, а вони – з кульок атомів, електронів…

 

Давайте розглянемо лише певний їх вид – білки. Зрештою, саме білки формують понад 50% сухої маси клітини. Вони містять кульки амінокислот, в яких знаходяться основні необхідні елементи – вуглець, водень, кисень і азот. Принцип будови білкової молекули можна уяви­ти, поклавши на долоню кілька ниточок і розтерши їх по колу іншою долонею. Вийде клубок із амінокислот різної довжини.  

 

Двадцять стандартних амінокислот створюють майже всі різновиди білків, залежно від того, яке завдання стоїть перед білком – обробка генної інформації, отримання енергії для функціонування організму, передача сигналів, навіть транспортування «вантажів» усередині клітини…  

 

Ще одна білкова функція – захист від стресових зовнішніх умов. Від екстремальних температур, зневоднення, ультрафіолету, голоду, нестачі кисню… Цим займаються білки теплового шоку (БТШ), і недарма їх ще називають «стресовими».

 

 

Вчені вважають БТШ одними з найдревніших білків– вони є в клітинах усіх організмів. БТШ можуть захищати інші білки, виконуючи роль шаперона (термін походить від франц. chaperon – «досвідчена доросла особа, яка супроводжує й опікує молодь»). Наприклад, шаперон альфа-кристалін, який входить до складу кришталика ока, запобігає катаракті.

 

Відкрили БТШ у 1962 році під час дослідів на дрозофілах в Інституті генетики в Павії. Лаборант випадково додав температури в інкубаторі з комахами. Й коли молодий вчений Феручіо Рітоза глянув під мікроскопом на клітини мух, які пережили тепловий удар, він побачив на хромосомах потовщення. Це БТШ утворив захисні муфточки.

 

Здатність білка виконувати свої функції залежить від перебування в правильному місці в потрібний час і від правильної форми. Ланцюжки амінокислот набувають цієї форми, по-різ­ному реагуючи на воду. Гідрофобні амінокислоти бояться H2O й прагнуть сховатися від неї вглиб білкової молекули. А гідрофільні стирчать назовні – поближче до води.

 

Артур Горвіч з Йельського університету виявив, що молекули БТШ60 |див. словничок| утворюють камеру – пастку для амінокислотних ланцюжків. Внутрішній край камери гідрофобний, тому всередину потрапляють гідрофобні амінокислоти. В камері ланцюжок зустрічає сюрприз – гідрофільний інтер’єр, якого гідрофобні амінокислоти хочуть уникнути у будь-який спосіб. Наприклад, змінюючи свою форму. Щойно відбулася зміна, камера звільняє частково трансформований білок, а згодом знову заманює його до середини. Й так багато разів, доки білок не набуде правильної форми – наче ліплення з глини.

А БТШ70 допомагає білкам набути остаточної форми інакше. Він захоплює короткі амінокислотні ланцюжки (так звані пептиди) в спеціальну кишеню, що відкривається за допомогою АТФ |див. словничок|.

 

 

У 1990-х вчені відкрили білок gp96, який формував імунітет проти пухлин. Згодом виявилося, що це… молекула БТШ90! БТШ70 та БТШ90, виділені з ракових клітин, носять у кишенях пептиди, ідентичні пух­­линно-специфічним антигенам. Якщо вартовий імунної системи Т-лімфоцит |див. словничок| розпізнає в пептиді на мембрані клітини загрозу для здоров’я, то знищує цю клітину |див. Процес презентації антигену|.

 

Прамод Шрівастава, директор Центру імунотерапії раку й інфекційних хвороб медичного університету Коннектикуту вважає, що пухлина в кожної людини має унікальні антигенні властивості, а тому може викликати специфічну імунну відповідь. Вчений із колегами розробив метод виділення зв’язаних із БТШ пептидів, їх очищення та подальшого використання в ролі вакцини, щоб імунна система пацієнта власними силами здолала рак. Ус­пішні тести вже проведено в США, Європі, Австралії. А уряд Росії офіційно дозволив протипухлинну вакцинацію в лікарнях! Цей метод можна також використовувати для лікування де­яких інфекційних хвороб – наприклад, туберкульозу.

 

Коли в дрозофіл штучно пригнічували БТШ90, виявили безліч прихованих генетичних мутацій. Сюзанна Рутерфорд із Вашингтонського університету та Сюзен Ліндквіст з Інституту біомедичних досліджень Уайтхед у Кембриджі впевнені, що саме БТШ90 зупиняє масштабні мутації, сприяючи натомість повільному накопиченню генетичних змін.

 

Еволюційно молекули БТШ виник­ли дуже давно, вони надто консервативні, та все ще невтомно виконують базові життєстверджувальні функції – допомагають синтезувати білки, захищають їх від стресів і мутацій. А коли в процесі еволюції з’явився імунітет і відповідні вакансії, одними з перших на роботу взяли досвідчених робітників – БТШ. Учені визнають, що завісу таємниці над цими стресовими білками лише припіднято, й у майбутньому на нас чекають не менш захоплюючі відкриття.