Избегайте занудства

Группа Альфреда Херши в Колд-Спринг-Харбор в 1952 году: Никколо Висконти, Марта Чейз, Эл Херши, Констанс Чедвик, Невилл Саймондс, Джун Диксон и Алан Гэрен.

Большую часть осени 1952 года Полинг соревновался с Фрэнсисом Криком, определяя биспиральную структуру а-кератина, и всерьез взялся за ДНК только в конце ноября. Вскоре его очень привлекла модель, в которой три углеводно-фосфатных скелета были завиты друг вокруг друга. Он застрял на трех цепочках в связи с данными, говорившими о высокой плотности ДНК. Двухцепочечные варианты он никогда всерьез не рассматривал. Для скрепления трех цепочек друг с другом ему нужно было, чтобы молекулы ДНК были беззарядными и между противолежащими фосфатными группами возникали водородные связи. Полинг поспешил поверить, что ему удалось выяснить общую структуру ДНК, и за неделю до Рождества написал об этом Алексу Тодду, добавив, что его не смущает тот факт, что предложенная им структура никак не помогает ответить на вопрос, как ДНК функционирует в клетках. Это был для него уже следующий вопрос. Полинг так и не принял во внимание открытое Чаргаффом соотношение оснований, уже больше года как опубликованное в нескольких журналах. Существенными параметрами для Лайнуса в декабре 1952 года были углы и длины связей, а не биологическая роль ДНК и не то, что происходит с ДНК в растворах. Сразу было ясно, что атомы в его модели подходили друг к другу не так идеально, как в а-спирали. Даже лучшая из предложенных им структур была сомнительна в стереохимическом плане, учитывая, что у нее в центре в подозрительной близости друг от друга находились три атома кислорода из фосфатных групп.

Опасаясь, что кто-нибудь в Англии может обскакать его, предложив похожую модель, Лайнус поспешно послал рукопись в Proceedings of the National Academy of Sciences. Затем он, торжествуя, послал два экземпляра рукописи в Кембридж: один Брэггу, а другой — своему сыну Питеру. Нас охватило беспокойство, но вскоре мы поняли, что в модели Лайнуса атомы водорода из разных фосфатных групп служат для образования водородных связей, скрепляющих между собой три цепочки. Нам тут же стало ясно, что эта модель должна быть ошибочной, поскольку ДНК, будучи кислотой, в растворах обычно диссоциирует, и все водороды фосфатных групп отделяются в виде ионов. Мы с Фрэнсисом бросились расспрашивать крупных кембриджских химиков, согласны ли они с тем, что версия Полинга совершенно неправдоподобна. Алекс Тодд немедленно заверил нас, что Лайнус действительно допустил огромный химический ляп, и я почти тотчас же поехал в Лондон, чтобы показать рукопись Полинга Морису Уилкинсу и Розалинде Франклин, которая в то время готовилась перейти в группу Джона Десмонда Бернала в Биркбек-колледже, где она уже не собиралась заниматься ДНК. Морис с огромным облегчением узнал, что Лайнус пока еще пребывает в глубоком заблуждении. Розалинда, когда я показал ей рукопись, была, напротив, только раздосадована и с раздражением сказала мне, что о спиралях ей и читать незачем. По ее мнению, структура кристаллической А-формы ДНК никак не могла быть спиральной. Шестью месяцами раньше, в июле, она даже разослала приглашения на "панихиду" по спиральной модели ДНК. Морис считал, что здесь Розалинда не права, и, чтобы доказать это, импульсивно продемонстрировал мне рентгенограмму, которую группа Королевского колледжа держала в секрете с тех пор, как Раймонд Гослинг получил ее больше девяти месяцев назад. Эта рентгенограмма была сделана с более гидратированной В-формы ДНК. Она ясно показывала дифракционную картину в форме большого креста, какая и должна быть у спиральной молекулы. У меня просто отвалилась челюсть, и я помчался обратно в Кембридж, чтобы рассказать всем о том, что мне удалось узнать. По моему мнению, нельзя было ждать ни минуты, надо было немедленно приступать к построению моделей. Кто-нибудь неизбежно сказал бы Лайнусу, что на его трехцепочечной ДНК можно сразу поставить крест. Сэр Лоуренс Брэгг немедленно согласился, и, заручившись наконец его поддержкой, мы с Фрэнсисом вскоре вернулись к своим играм с вырезанными деталями разной формы. К тому времени я осознал, что показатели плотности ДНК не исключали, как я поначалу думал, возможности, что в молекуле ДНК две цепочки, а не три. Поэтому мне представлялось уместным начать с поиска способа, которым две цепочки ДНК могут быть завиты вокруг друг друга.

Розалинда тоже могла бы сосредоточиться на двухцепочечных моделях ДНК. За год с лишним до этого она тщательно промерила дифракционные картины кристаллической А-формы ДНК в поисках проявлений молекулярной симметрии. Обнаружив, что полученные ею данные совместимы с тремя возможными химическими пространственными группами, она отправилась за советом в Оксфорд к Дороти Ходжкин, которая была тогда первым во всей Англии кристаллографом и получила заслуженное признание за решение проблемы структуры молекулы пенициллина. Однако когда Дороти узнала, что Розалинда рассматривает пространственные группы с зеркальной симметрией, она сразу почуяла неискушенного кристаллографа. Опытный кристаллограф никогда не предположил бы, что зеркальная симметрия свойственна молекуле, основу которой составляет исключительно 2-дезокси-В-рибоза. Дороти считала, что Розалинде вместо этого следовало бы разобраться в том, о чем говорит третья моноклинная пространственная группа (прямоугольная призма с тремя неравными осями). Расстроенная тем, как нелестно Дороти отозвалась о ее навыках кристаллографа, Розалинда уехала из Оксфорда и больше туда не возвращалась. Но если бы она обратилась за помощью к Фрэнсису, а не к Дороти Ходжкин, то сразу бы узнала, что моноклинная пространственная группа С₂ заставляет предположить, что ДНК представляет собой двойную спираль с противоположно направленными цепочками.

Фрэнсис узнал о моноклинной пространственной группе ДНК только из открытого отчета о ходе работы, присланного Максу Перуцу из Королевского колледжа в середине февраля. А я в очередном приступе моделирования обнаружил, что для углеводно-фосфатного скелета диаметром 20 А₅ оптимальная протяженность витков составляет 34 А5, а именно такой и была протяженность повторяющихся элементов, измеренная для В-формы ДНК. Теперь, когда у нас были данные об обнаруженной Розалиндой пространственной группе, Фрэнсис настаивал на том, что две цепочки должны быть противоположно направлены. Но поначалу я не готов был принять это утверждение, не понимая кристаллографических соображений о симметрии, лежавших в его основе. Я не хотел и думать о направлении цепочек, не узнав, как связываются друг с другом расположенные в центре азотистые основания. Я еще не знал этого, но мою работу с моделями затрудняло то, что структура гуанина и тимина была описана в учебниках неверно. Используя эти неправильные конфигурации, я ненадолго обрадовался, получив схему попарного соединения, напоминающую ту, что наблюдается в кристаллах аденина.

Однако эта схема давала бы витки 17 А₅ вокруг оси спирали, а не 34 А₅, как следовало из измерений Розалинды. К счастью, Джерри Донохью, специалист по структурной химии из Калтеха, находившийся тогда в годичном отпуске в Кембридже, наставил меня на путь истинный, объяснив, что водороды гуанина и тимина должны находиться в кетонной форме, а не в енольной, предписанной учебниками. Мне понадобился всего день, чтобы задействовать выводы Джерри и поменять положение атомов водорода на моих вырезанных из бумаги моделях тимина и гуанина. Почти сразу же у меня получилось составить пары оснований А-Т и Г-Ц, которые, как мы теперь знаем, и имеются в ДНК. Через полчаса после этого в то субботнее утро в наш кабинет пришел Фрэнсис, которому потребовалось всего несколько минут, чтобы заключить, что симметрия пар азотистых оснований требует, чтобы цепочки были противоположно направлены. Моноклинная пространственная группа Розалинды была настоящим теоретическим предсказанием модели, которую Фрэнсис и я вывели, основываясь только на стереохимии. Двойная спираль определенно была правильной моделью. Нам оставалось только сконструировать сегмент углеродно-фосфатного скелета и измерить координаты атомов, чтобы показать, что все длины и углы связей в нашей модели согласуются с установленными ранее для молекул меньшего размера. Выполнение этой задачи, которая заставила Фрэнсиса впервые за несколько месяцев оторваться от письменного стола, потребовало меньше трех дней. Двойная спираль была готова покорить мир.