Беседы о жизни
Шрифт:
Итак, долгое время биохимики не имели вообще никакого понятия о том, что же за вещества представляют собой ферменты. Скорости, с которыми ферменты осуществляют контролируемые ими реакции, настолько велики, что для нормального течения обмена веществ в организме достаточны очень малые количества ферментов. Естественно, что их химическое выделение оказалось делом чрезвычайно сложным.
Первоначально полагали даже, что сбраживание сахара могут производить только целые, неповрежденные клетки дрожжей, а выделить из них некий «катализатор брожения» невозможно. Ярым приверженцем этой точки зрения оказался — увы! — один из величайших естествоиспытателей XIX века, Л. Пастер. К началу XX века стало ясно, что на этот раз Л. Пастер ошибается; удалось выделить сок дрожжевых клеток, который сбраживал сахар точно так же, как и целые клетки, удалось обнаружить в различных
Вот что можно было прочесть даже в лучших из них. В книге И. Смородинцева «Ферменты растительного и животного царства» (1922 год, 2-е издание) глава «Химическая природа ферментов» начинается словами: «Наши сведения о химической природе ферментов очень смутны и сбивчивы». И действительно, второй параграф этой главы озаглавлен «Доводы в пользу белковой природы ферментов», а третий — «Возражения против белковой природы ферментов». Другая книга: В. Бейлис. «Природа действия энзимов», перевод с английского. 1927 год. Здесь мы находим заголовок параграфа, который звучит еще более категорично: «Энзимы не представляют собой протеинов» (то есть белков). Мало того, в обеих книгах обсуждаются даже (правда, со значительной долей скепсиса) гипотезы, согласно которым ферменты как материальные химические соединения и не существуют вовсе, а ферментативная активность есть свойство, способное передаваться от одного тела другому, подобно, например, теплоте. Авторы этих гипотез утверждали, что ферменты способны действовать на расстоянии, через воздух или различного рода перегородки.
Странно, что все это вполне серьезно обсуждалось всего-то каких-нибудь пятьдесят лет назад. Может быть, такая серьезность диктовалась традиционным академическим стилем обеих монографий, требующим беспристрастного рассмотрения как «материальной», так и «силовой» теории действия ферментов. Симпатии авторов, несомненно, на стороне первой из них, и тем не менее И. Смородинцев завершает обсуждение вопроса примирительной фразой: «Надо сознаться, что все это шаткие доводы в пользу материальности ферментов, и потому некоторые исследователи придерживаются теории физического влияния ферментов».
Однако пусть не думает читатель, что мы пошли на беспрецедентное до сих пор отступление от своих литературных принципов (никакой «истории вопроса»!) ради высокомерного похлопывания по плечу «заблуждающихся» ученых прошлых десятилетий. Нет, этот раздел (которого, как справедливо отмечено в заголовке, могло бы и не быть) понадобился нам, чтобы показать, насколько трудно дается постижение даже сравнительно простых молекулярно-биологических истин, например, установление белковой природы ферментов. Ну и, конечно, для демонстрации динамизма развития неустанно прославляемой нами биологический науки: переход от полусхоластических рассуждений о тайнах активности ферментов к установлению первичной аминокислотной последовательности молекул сотен ферментов потребовал всего около сорока лет.
Всепроникающее влияние научно-технической революции распространяется в наши дни на самые неожиданные области человеческой деятельности. Возьмем, к примеру, цирк — веселое и жизнерадостное искусство, ничего, казалось бы, не имеющее общего с сухими и унылыми законами науки: в цирке все построено на смелости, ловкости, виртуозном умении владеть своим телом и (чего греха таить) на пресловутой ловкости рук.
Однако никакая ловкость рук не поможет фокуснику продемонстрировать такой, например, аттракцион: снятый с плеч пиджак небрежно швыряется под самый потолок, к люстре и… повисает в воздухе, в метре от люстры, презрев земное притяжение. Чем-то там гремит ударник циркового оркестра, прожекторы эффектно высвечивают замерший в высоте пиджак, а бешено аплодирующие зрители (по крайней мере, часть из них), пытаясь разгадать загадку, приходят к выводу, что они стали невольными участниками сеанса массового гипноза. А между тем никто не гипнотизировал и не пытался их «обмануть». Фокус (с точки зрения физики) исключительно прост: в пиджак запрятана металлическая пластинка, а в люстру — мощный электромагнит
Подобных «научных» фокусов существует немало, но все они, как это ни обидно авторам-биологам, носят либо «физический», либо «химический» (вроде известного самовозгорания свечей) характер. Поэтому мы берем на себя смелость рекомендовать широким массам фокусников — как любителей, так и профессионалов — идею «биохимического» фокуса: в стакан, до половины заполненный прозрачной жидкостью, после соответствующих пассов и заклинаний, незаметно добавляют каплю некоего раствора. Жидкость немедленно «вскипает», да так бурно, что все содержимое стакана выплескивается наружу; это должно выглядеть очень эффектно, так что за аплодисменты зрителей можно не беспокоиться.
Секрет нашего фокуса, как ясно каждому, скрыт в свойствах загадочного «раствора» и «прозрачной жидкости». В «жидкости» ничего биохимического нет: это обычная перекись водорода (Н 2О 2), которую можно приобрести в любой аптеке, поскольку она широко используется в быту (средство для прижигания порезов и царапин, для чистки одежды, для… впрочем, во избежание гнева читательниц-блондинок, здесь лучше поставить точку). Перекись водорода, как известно, способна самопроизвольно распадаться на воду и кислород: 2Н 2О 2– > 2Н 2О + О 2. Именно поэтому купленная в аптеке перекись через несколько месяцев становится непригодной к употреблению.
Таинственный же «раствор», наоборот, как раз и придает фокусу «биохимический» характер: это раствор фермента под названием каталаза, функция которого в организме заключается в ускорении распада перекиси водорода. (На языке биохимии то же самое говорится иными словами: молекула перекиси водорода является субстратом фермента каталазы.) Дело в том, что она образуется в организме при различного рода биохимических превращениях, а поскольку перекись водорода является сильным окислителем, то и дело норовящим вмешаться в течение других реакций, возникает необходимость оперативно ее обезвреживать, разлагая на вполне безопасные продукты. Эта-то задача и «возложена» организмом на каталазу.
Именно колоссальная «производительность труда» каталазы и служит причиной успеха нашего фокуса: «взрыва» перекиси водорода в стакане. Судите сами: измеренное хитроумными способами быстродействие некоторых типов каталазы (например, каталазы, содержащейся в печени лошади) поистине впечатляет — одна молекула фермента в течение секунды способна расщепить 100 тысяч молекул перекиси водорода! Теперь понятно, что может натворить одна капля каталазы в ста граммах перекиси: процесс распада на воду и бурно выделяющийся кислород будет длиться не несколько месяцев, как в обычных условиях, а несколько секунд. Здесь уместно заметить, что лучший небиологический катализатор реакции разложения перекиси водорода — платина — уступает каталазе по эффективности действия примерно в тысячу раз.
Кстати, по скорости действия каталаза вовсе не чемпион среди ферментов; так, фермент холинэстераза из электрического органа ската превосходит ее в несколько раз. Так что эпитеты «огромная», «удивительная» и даже «чудовищная», которые авторы позволяли себе использовать в предыдущих главах, говоря о скорости ферментативных реакций, никоим образом не являются преувеличением — мы только что убедились в этом с фактами в руках.
Ну что же, 100 тысяч так 100 тысяч, подумает читатель, уже привыкший к всевозможным астрономическим (или все же молекулярно-биологическим?) числам на страницах этой книги. И тем не менее давайте попытаемся хоть с чем-нибудь сравнить «производительность» в 100 тысяч «обработанных» молекул субстрата в секунду. С конвейера Волжского автозавода сходит 0,026 автомобиля в секунду, поточная линия по вырубке «лепестков» для пайки радиодеталей за секунду выпускает около десятка изделий, производительность швейной машины — 20 стежков в секунду… Нет, пожалуй, механические устройства нам не подойдут — характеристики типа «100 тысяч операций в секунду», «300 тысяч операций в секунду» мыслимы лишь в связи с быстродействующими современными ЭВМ (да и то быстродействие самой распространенной ныне ЭВМ «Минск-32» всего около 20 тысяч операций в секунду).