Юный техник, 2013 № 01 - Журнал «Юный техник»

Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка

Полученная Кобилкой кристаллическая структура тройного комплекса, образованного β-адренорецептором (выделен синим), гормоном (желтый) и внутриклеточным G-белком.

Схема передачи сигналом извне в клетку. Гормон связывается с рецептором (1), после чего тот изменяет форму и связывается с внутриклеточным G-белком, активируя его (2). Затем белок отсоединяется и распадается, высвободившаяся α-субъединица инициирует цепочку реакции (3), а рецептор продолжает активировать G-белки (4).

Нобелевские лауреаты выяснили, что собой представляет и как работает семейство таких датчиков. Причем Лефковиц впервые начал изучать активность клеток еще в 1968 году. Он догадался тогда пометить радиоактивным изотопом йода различные гормоны и проследить таким образом их передвижения, присоединения к соответствующим рецепторам на поверхности клетки.

Одним из таких рецепторов оказался β-адренорецептор, который, как понятно из названия, воспринимал адреналин. Роберт Лефковиц и его команда выделили этот рецептор из стенки клетки и получили первичное представление о том, как он работает.

В 80-е годы XX века к команде исследователей присоединился Брайан Кобилка. Он смог определить, какой именно ген в обширном геноме человека кодирует β-адренорецептор, выдает команду на его действия.

Когда ученые проанализировали работу найденного гена, они обнаружили похожий рецептор и в глазах человека; он реагировал на свет. Позднее они пришли к выводу, что подобных по строению и работе структур в теле человека очень много. Около 1000 генов кодируют рецепторы, которые воспринимают свет, вкус, запах, а также реагируют на основные гормоны — адреналин, гистамин, допамин и серотонин. А это оказалось весьма ценно для медицинской практики, поскольку многие современные лекарства воздействуют как раз на эти рецепторы.

Таким образом, благодаря исследованиям нобелевских лауреатов появилась возможность любой живой организм рассматривать как целостную систему, функционирование которой регулируется на всех уровнях ее организации — тканевом, клеточном, молекулярном.

Слаженность работы всех систем обеспечивают тысячи самых разнообразных молекул, среди которых не последнее место занимают регуляторы белковой природы.

Они могут транспортироваться на «дальние расстояния» (например, гормоны — инсулин, соматотропин, пролактин), а могут осуществлять «свою деятельность» непосредственно внутри клетки.

Как регулируется «внутренняя» жизнь одной-единственной клетки? Примерно двадцать лет назад ученые выяснили, что для успешной работы белков-триггеров, включающих целый каскад биохимических процессов, результатом которого является передача сигнала о потребностях клетки, необходим гуанозинтрифосфат (ГТФ). Эти белки (их еще называют G-белками) гидролизуют ГТФ, отщепляя от его молекулы один из трех «кирпичиков» фосфата. При этом выделяется энергия, которая и обеспечивает протекание дальнейших биохимических реакций.

За открытие G-белков в 1994 году американские биохимики-эндокринологи Альфред Гилман и Мартин Родбелл получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Нобелевская премия по химии 2012 года — логическое продолжение истории изучения G-белков.

Роберт Лефковиц, ныне работающий в Медицинском центре университета Дьюка в городе Дарем, штат Северная Каролина, и Брайан Кобилка, сотрудник Школы медицины при Стэнфордском университете, по следам первопроходцев продвинулись дальше. В своих изысканиях они смогли не только охарактеризовать работу клеточных рецепторов, регулирующих работу G-белков, но и «подобрать ключи» к управлению ими. То есть, например, создать лекарства, способные успокоить чересчур нервных людей или, напротив, «встряхнуть» тех, кто, как говорится, спит на ходу.

Впрочем, все сказанное выше вовсе не означает, что нобелевские лауреаты и их коллеги уже полностью разобрались в проблеме. Например, пока непонятно, почему, испугавшись, скажем, увиденной в траве змеи, одни люди кидаются бежать. Другие, напротив, впадают в ступор. Ну, а третьи — таких, кстати, меньшинство — не теряют самообладания и ведут себя вполне разумно.

Итак, не исключено, что за исследование дальнейших тонкостей механизма передачи сигнала «химической тревоги» и реакции организма на него следующее поколение исследователей получит еще одну Нобелевскую премию.

Публикацию по материалам Нобелевского комитета подготовил С. НИКОЛАЕВ

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ! Пузырь Алькубьерре или труба Красникова?

Перемещаться в пространстве со сверхсветовой скоростью все же возможно. Только двигаться надо либо в своеобразном пузыре, где искривляется пространство время, либо в трубе-тоннеле, способном соединить разные точки окружающего нас мира. К такому выводу пришли недавно теоретики.

Еще в начале прошлого века знаменитый немецкий физик-теоретик Альберт Эйнштейн предположил, что окружающий нас мир имеет четыре измерения — длину, ширину, высоту и время. Он же вывел формулу, согласно которой перемещение в пространстве со скоростью больше световой (300 000 км/с) невозможно, поскольку для этого нужна бесконечно большая энергия, способная сдвинуть с места бесконечно большую массу.

Такое ограничение означало, что человечеству закрыт путь к другим звездам, и другие теоретики попытались его обойти. Одним из тех, кому такая хитрость, возможно, удалась, был мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре. В 1994 году он предложил свою концепцию «двигателя, искривляющего (деформирующего) пространство».

Согласно его выкладкам, при определенных условиях можно искривить часть пространства-времени, превратить его в пузырь, который движется быстрее света в так называемом пространстве Минковского. Оно названо так по имени еще одного теоретика XX века, Германа Минковского, работавшего в контакте с А.Эйнштейном. В 1908 году он придумал свой вариант описания пространства-времени с помощью формул.

Космический корабль в пузыре Алькубьерре сможет, по идее, доставить путешественника в пункт назначения быстрее света.

Так вот Мигель Алькубьерре предложил использовать для сверхсветового движения особый вид искривления пространства-времени. По его мнению, пространство плоско везде, кроме стенок некоторого пузыря, который движется быстрее света в пространстве Минковского.

Таким образом, пилот вместе со своим кораблем, находясь в центре подобного пузыря, может двигаться в некотором смысле быстрее света.

Наглядно представить себе эту картину можно, пожалуй, так. На вооружении флота России имеется торпеда «Шквал», способная двигаться со сверхзвуковой скоростью. Этого удалось достичь потому, что при своем движении с помощью особого устройства торпеда образует газовый пузырь, в котором и движется быстрее звука. Ведь газ примерно в 800 раз менее плотен, чем жидкость.

Правда, когда теоретики подсчитали, при каких условиях образуется пузырь Алькубьерре, оказалось, что для его создания и перемещения по Галактике потребуется больше массы, чем во всей Вселенной.

Другая проблема состоит в необходимости создания для такого двигателя областей пространства с отрицательной плотностью энергии, заполненных некой «экзотической материей». Но что это за материя? Теоретики над этим вопросом все еще размышляют.

В общем, хлопот с пузырем Алькубьерре получается весьма много. Поэтому в 1995 году наш соотечественник Сергей Красников предложил иной гипотетический механизм для сверхсветового движения. Он полагает, что двигаться надо в специально созданных туннелях.

Получающаяся структура аналогична «кротовым норам» или «червоточинам», но не требует изменения топологии пространства. Суть «червоточины» можно понять на таком наглядном примере. Червяк может попасть на противоположную сторону яблока двумя путями: либо проползти по поверхности, либо прогрызть ход напрямую через сердцевину яблока. Напрямую, понятно, путь короче…

Причем туннель-«червоточина», по мнению некоторых теоретиков, может пролегать и через иные, пока неведомые измерения.

Как проложить в нашем мире некие туннели, в которых будут созданы условия для сверхсветового движения, можно понять опять-таки при помощи аналогии. Поезда в обычных туннелях метро движутся со скоростями порядка 100 км/ч. А вот если откачать из туннеля воздух, то сверхскоростной поезд с помощью магнитной левитации сможет развить скорость и порядка 1000 км/ч!

Пока, правда, непонятно, как создавать туннели-трубы Красникова. Ну и особые условия внутри них. Но, если соответствующая технология будет разработана, то с ее помощью можно будет увеличить скорость движения в космосе до сверхсветовой.