Это важно также и для преодоления энергетического барьера, ширина которого зависит от расстояния между атомами двух молекул, между которыми протон перебрасывается. Интересно отметить, что термофил активен в достаточно широком температурном «формате» от65 до 30 градусов Цельсия, но при снижении температуры еще на 5 градусов его просто «заклинивает». Это происходит в результате весьма существенного динамического перехода, который нарушает туннелирование. Вот вам и ответ на вопрос. Подобное явление для другого фермента было описано одновременно с исследованиями в Беркли.
Рассматривая особенности действия ферментов, биохимики уже давно научились оперировать со структурой их «активных центров» – того инструмента, которым фермент, собственно, и действует. Теперь им придется учитывать также и колебания белковых молекул, без которых немыслима модуляция последовательных химических «шагов» в организации ферментативной реакции.
О чем говорит новое открытие? Прежде всего, говорят авторы, необходимо по-новому взглянуть на всю нашу парадигму – систему привычных концепций и гипотез, – касающуюся ферментативного катализа.
Уже несколько лет ученые резных стран пытаются сымитировать работу ферментов с помощью каталитических антител. Это белки иммунной системы, обладающие специфичностью по отношению к тем или иным молекулам. Однако «наши» антитела оказываются значительно менее активными, чем ферменты «в натуре». Почему? Возможно, потому, что антитела «придуманы» природой для совсем других целей, а именно для фиксации молекул и их частей, что требует меньшей подвижности, нежели в молекуле фермента. Так что, как говорится, мы работаем совсем в ином, чем нужно, формате.
От себя хотелось бы добавить нечто социальное. С одной стороны, наука должна быть гораздо гибче в своем подходе к изучению природы. Закоснелость и жесткая несклонность к изменениям старых взглядов и парадигм не идет ей на пользу. Однако финансирование современной довольно дорогой науки осуществляется ригидными государственными структурами, часто довольно жестко централизованными. Отсюда можно только приветствовать децентрализацию и дать возможность науке зарабатывать самой. Пример самого богатого человека в мире Билла Гейтса, личный капитал которого в середине июля 1999 года перевалил за 100 миллиардов долларов (пять бюджетов РФ, компания его «Майкрософт» – девятая в мире по «валовому продукту», занимает место после Испании), показывает, что это вполне возможно, для начала хотя бы в отдельно взятой стране США.
Другой комментарий более общего свойства. Термофилы живут и «работают» в экстремальных условиях, что приводит к большей жесткости их белковых структур. В условиях постоянного аврала они достигают вроде бы большей эффективности при использовании квантового эффекта туннелирования.
Однако эволюция жизни ушла из этих экстремальных очагов в более щадящие условия, где гораздо важнее оказывается гибкость и изобретательность. Так и напрашиваются аналогии с нашей историей, которая вот уже на протяжении скольких поколений проходит на фоне постоянного аврала.
Но термофилы так и не пошли по пути усложнения связей, то есть колонизации, разделения и усложнения структуры и функции клеток. Они так и застыли – при весьма эффективном, повторим, использований квантово-механического процессинга молекул, – на низшей стадии эволюции, не дали разнообразия форм и функций, которое характерно для их более «нормальных» потомков.
Так и в обществе: авральная жизнь и работа на износ требует закономерной жесткости структур. Отказ от преодоления порога этой самой жесткости ведет к закоснелости и потере творческого стимула, без которого невозможно развитие жизни и общества в целом.
Мы пережили эпоху жесткости и окостенелости общественных структур и вроде бы постепенно и медленно возвращаемся в нормальное русло протекания социальных процессов. Осталось, кажется, немного: понизить общественную температуру и осуществить динамический переход, после чего начнется истинное развитие с его естественными колебаниями и вибрациями, столь необходимыми для нормального осуществления самых разных процессов на самых разных уровнях, начиная с квантового…
Из архива «ЗС»
«Музыка небесных сфер» – выражение, давно занявшее свое место в культурном обиходе. Идущее из античности от пифагорейцев, оно связано с такими именами, как Кеплер, Ньютон, Резерфорд, Зоммерфельд, а лежащие в его основе явления дали импульс к созданию оперы «Гармония мира» в первой трети нашего века.
«Музыка биомолекул» – выражение, которому еще предстоит выйти на авансцену.
В предыдущем материале рассказывалось о вибрациях молекул. Весной 1968 года известный биолог Симон Шноль сделал доклад о «музыке молекул» в клубе «Гипотеза» Пущинского научного биологического центра. Журнал напечатал этот доклад в № 9 за тот же год. (Кстати, с той публикации и началась журнальная рубрика «Клуб «Гипотеза».) А выступление Шноля сопровождалось исполнением «биохимической музыки» на пианино.
Кажется полезным хотя бы в отрывках вспомнить рассуждения тридцатилетней давности.
Симой Шноль
Оркестр молекул
Характерным результатом эволюции, миллиарды лет шедшей на Земле, можно считать усиление во времени изначальных, плохо выраженных свойств биологических структур – если эти свойства были полезны в борьбе за существование. Такое представление удобно тем, что позволяет обратить время вспять и посмотреть, каким свойствам первичных биологических молекул могли бы соответствовать ярко выраженные линии в спектре свойств современных живых организмов.
Строение глаза и сложнейшие биохимические превращения, происходящие в «палочках» и «колбочках», – результат развития чувствительности к свету первых биологических молекул. Можно проследить возникновение совершенных органов движения – ног, плавников, крыльев – из выростов протоплазмы древних одноклеточных.
Проделаем подобный путь, чтобы проследить эволюцию восприятия звука.
Какие обстоятельства заставили живых существ выбрать из всего многообразия звуков, которыми наполнена Вселенная, тот относительно узкий интервал частот, который называется слышимым? Можно предположить, что в процессе эволюции в качестве «слышимых» были отобраны звуковые частоты, соответствующие каким-то первичным свойствам молекул протоплазмы. Если так,то современные сильно специализированные органы слуха – морфологически закрепленное и усиленное проявление этих молекулярных свойств. Возможно, «слышимый диапазон» избран потому, что именно в этом диапазоне «звучат» сами протоплазматические структуры.
Как можно представить себе возникновение звуковых колебаний в относительно простых молекулярных системах?
Все биологические процессы, насколько это можно сейчас представить, связаны с изменениями формы молекул. Такое изменение отдельной молекулы должно породить акустический импульс сложной формы: щелчок. Но поскольку молекул неизмеримое множество, движения отдельных молекул, как бы «шумны» они ни были, не будут сопровождаться излучением звука. Для этого нужно, чтобы движения молекул были сколько-нибудь одновременны, синхронны. Может ли это быть? По-видимому, да: ведь колебание двух соседних молекул «в резонанс» энергетически наиболее выгодно.
О порядке частот, с которыми движутся белковые молекулы, можно узнать из несколько неожиданного, но вполне достоверного источника. Речь идет о молекулах белков-ферментов: движения их можно оценить скоростью процесса, который катализирует этот фермент. Представим себе, например, работу фермента, разрушающего молекулу пищи; она делится на четыре этапа. Первый: фермент ждет свободную молекулу пищи; второй: эта молекула села в активный центр фермента; третий: молекула фермента сжалась, она охватила молекулу пищи, и объем системы уменьшился; четвертый: разрушение молекулы пищи завершено, продукты ферментативного превращения выброшены, молекула фермента возвращается в исходное состояние.