Глава 5. Похвала ферментам
Высокое и несколько уже позабытое в наш рациональный век искусство многозначительных умолчаний, таинственных намеков и прочего кокетства не должно, казалось бы, иметь никакого отношения к рабочему стилю литературного произведения, трактующего в конце концов, что ни говорите, о суровых научных истинах. И все же наши многократные упоминания о том, что способность белковых молекул принимать вполне определенную структуру сообщает им такие необычные и очень важные свойства, что и рассказывать-то пока об этих свойствах нельзя, при некоторой доле читательского недоброжелательства может быть принята за разновидность литературного кокетства. Не знаем, удастся ли нам с помощью подобного (несомненно, предосудительного) приема завлечь в свои сети хоть одного читателя и зажечь в его сердце пламя бескорыстного интереса к молекулам ферментов. Однако более скромной цели мы, как нам кажется, все же достигли: читатель предупрежден, что цепочка биологического кодирования не обрывается на звене «третичная структура», а продолжается этапом «структура белка — функция белка».
Подробный рассказ о функциях белков в живом организме мы будем вести на примере, пожалуй, самой ответственной из них — ферментативного катализа.
На существование этого свойства белков мы в полном соответствии с избранным нами литературным стилем уже намекали ранее и даже, сколько помнится, попутно посудачили, что с помощью ферментов только и удается упорядочить химические превращения веществ, образующих живой организм. Теперь же, зная кое-что о принципах образования пространственной структуры молекул белков, мы можем поговорить на эту же тему гораздо подробнее.
Раздел, которого могло бы и не быть
Персонаж одной из миниатюр А. Райкина дал следующее определение: «Художник — это человек, который берет нужную краску и наносит ее в нужное место». Оставив претензии на оригинальность, напишем и мы вслед за А. Райкиным: «Фермент — это белок, берущий нужную молекулу и осуществляющий химическую модификацию нужной ее части».
Определение райкинского персонажа рассчитано на взрыв хохота в зрительном зале; наше определение, увы, может вызвать у знатоков обратную реакцию — удивление и возмущение, ибо оно, конечно же, не лишено множества недостатков. Взять хотя бы использованное в нем слово «нужный». («Нужный кому?» — сурово спросит иной бдительный материалист и, к сожалению, будет совершенно прав.) И еще: в нашем злополучном определении фермента ничего не говорится (по крайней мере, явно) о чудовищной быстроте, с которой ферменты выполняют свою работу. И еще о том, что в состав молекулы фермента могут входить, помимо белковой части, также и небелковые компоненты. И еще…
При желании этот список можно продолжить за счет упреков не столь существенных, но тем более неприятных. Что уж поделать, такова судьба всех лаконичных и категорических определений. Рассказывают, что некий литератор, занятый составлением толкового словаря, поинтересовался мнением знаменитого зоолога Ж. Кювье по поводу следующего определения слова «краб»: «Маленькая красная рыбка, которая плавает задом наперед». Ж. Кювье нашел это определение превосходным, однако отметил ряд мелких недочетов: краб не рыбка, не красный, не обязательно маленький и задом наперед не плавает.
Так что отречемся, пожалуй, от погони за чеканным и всеобъемлющим определением понятия «фермент». В конце концов, первые научные описания различных проявлений обескураживающих свойств ферментов неплохо обходились и без него. Ведь представление о ферментах как о белковых молекулах, обладающих особой валентной и пространственной структурой, внедрилось в биохимию лишь в последние десятилетия; до этого вопрос о химической природе ферментов оставался дискуссионным. Это не мешало, однако, интенсивному исследованию их каталитических свойств.
Большинство ранних исследований действия ферментов связано с процессами брожения — превращения сахара в спирт клетками дрожжей. Отсюда и происходят основные термины: «ферментум» по-латыни — закваска, брожение. Слово «фермент» прижилось в русском языке вполне основательно; для большинства же европейских языков характерен термин «энзим» («эн зимон» означает опять же «в закваске», но уже по-гречески). Изредка называют ферменты энзимами и в русской литературе, а уж слово «энзимология» для обозначения науки о ферментах приобрело совершенно монопольные права.
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 бесклеточных препаратах и другие проявления активности тогда еще загадочных ферментов. Однако в течение первой четверти нашего века вопрос о природе ферментов так и не нашел окончательного решения. И это несмотря на то, что средства химического анализа уже не были столь архаичными, а библиография исследований в области энзимологии насчитывала тысячи статей и сотни монографий.
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.
Сто тысяч операций в секунду
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 переменного тока. Как видите, никакой ловкости рук.
