Техника - молодёжи 1981-10, страница 36
ЭНЗИМ В РАБОЧЕЙ СПЕЦОВКЕ _i= ...Итак, вначале появились одноклеточные, затем — многоклеточные, рыбы, земноводные, млекопитающие... Эволюционная теория Дарвина просто и наглядно объясняет, каким образом высшие организмы произошли из низших, как дивергенция и естественный отбор породили сложную и многообразную систему жизни. И все же: откуда взялась на Земле самая первая амеба? Ответить непросто. Недаром так часто выдвигаются пространные гипотезы о пришельцах, якобы в незапамятные времена посеявших жизнь на нашей планете. Обсуждаются порой разнообразные варианты — от случайного занесения спор блуждающим метеоритом до запланированного «разбрасывания» амеб по земным водоемом инопланетянами. Что говорить, приятно признавать себя сотворенным извне, пришельцем из космоса. Но, с другой стороны, неизбежно возникает такой вопрос: если зарождению жизни мы обязаны другой планете, го как она попала гуда? Волей-неволей приходится согласиться с фактом: где-то и когда-то жизнь самопроизвольно возникла. Но в каких формах? Рассуждают иногда о кремниевой основе живого вещества, о кристаллической «жизни», о кибернетической, даже о лучистой... Однако расчет показывает, что только молекулярная форма на углеродной основе обладает неоспоримыми преимуществами. Вот малая ее часть — белки. По современным представлениям, это полимеры, макромолекулы которых построены из элементарных звеньев — аминокислот. Таких звеньев в одной макромолекуле может насчитываться до 10 тыс.! А их «перестановки» дадут вам 1010и'° разных белковых молекул. Фантастическую величину этого числа трудно осознать. Белковая основа предоставляет воистину безграничные возможности для творения жизни, возможности, которые могут привести не только к разнообразным, но и к несовместимым формам... Одна живая клетка содержит в себе никак не меньше 10' молекул. Причем не только белковых — здесь и мембранные липиды, и нуклеиновые кислоты, и гликогены, и ферменты. Они-то и интересуют нас сегодня, ибо оказывается, что жизнь без них немыслима. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС Природа, как известно, экономна. Из огромного количества возможных процессов она отбирает самые устойчивые, самые надежные. Для сотворения жизни взято малое число вариантов, но повторяются они чуть ли не во всех организмах — от амебы до кита, от лишайника до человека. Основа жизни — живая клетка. Чтобы быть стабильной, противостоять разрушающим внешним воздействиям, она ограждена мембраной. Клетка постоянно обновляет свой химический состав, воспроизводя его в одних и тех же формах А для этого ей нужен источник энергии — внутренний, работающий как аккумулятор, связанный с химическим генератором, или внешний, сопряженный с системой усвоения и накопления лучистой энергии На первых стадиях эволюции живое вещее! во имело большой набор механизмов для осуществления подобных процессов. Ныне высшие организмы пользуются относительно малым количеством реакций, «выжимая», однако, из них максимум пользы В общем-то способы накопления энергии, используемые «живой» природой, можно подразделить на три типа: фотосинтез, дыхание и брожение. Разнообразие вариантов поразительно, но ито> всегда одинаков. Электрон от «донора» постепенно переносится к акцептору-приемнику; энергия же, выделяющаяся при этом, утилизируется организмом для жизнедеятельности. Одни реакции идут на свету — органический фотосинтез, другие — в темноте. С некоторой натяжкой они соответствуют растительному и животному царствам, хотя к последнему в этом случае придется отнести и почти все микроорганизмы «Темновые» окислительно-восстановительные реакции существуют в трех вариантах: дыхание, анаэробное дыхание и брожение. В первом случае конечным акцептором электрона является кисгород, во втором — неорганическое вещество, в третьем — подходящее органическое вещество. Высшие организмы добывают энергию исключительно с помощью дыхания. Растения используют в основном органический фотосинтез. Анаэробное дыхание и брожение присуще микроорганизмам. Но всегда усвоение, накопление энергии, «строительные работы» и обмен веществ идут в так называемых «мягких» условиях, при температурах не выше 50° С, а зачастую при 20— 30° С, при атмосферном давлении и при сравнительно низких концентра циях реагирующих веществ. Правда, при таких условиях большая часть химических реакций органических соединений идет очень и очень медленно,- в промышленности для повышения их скорости используют высокие давления, температуры и концентрации Но для организма такое ужесточение неприемлемо. Природа изобрела иной способ — к двум реагирующим веществам она добавляет катализатор, энзим, или, как его чаще называют, фермент. Чтобы вступить во взаимодействие, две любые молекулы должны преодолеть энергетичесний барьер. ФЕРМЕНТЫ — УСКОРИТЕЛИ РЕАКЦИЙ Катализатор — вещество, ускоряющее химическую реакцию. При этом его не найдешь в составе исходных или конечных ее продуктов. Он как бы независим, однако всегда присутствует при взаимодействии компонентов. Катализаторы бывают гомогенные и гетерогенные. Первые вначале присоединяются к исходным реагентам, как бы превращая их в более активные промежуточные вещества, а после реакции отщепляются от конечных продуктов, "то называется, «чистенькими». Гетерогенные, как правило, просто накапливают на своей поверхности смесь реагентов, повышают их концентрацию и парциальное давление, а это ведет к ускорению процесса. Биологические объекты используют исключительно гомогенные катализаторы — энзимы, или ферменты. Каким же образом те «оживляют» химические реакции? Многие вещества в окружающем нас мире могли бы взаимодействовать друг с другом, но тем не менее они мирно сосуществуют. Правда, до поры до времени. Вот бензин и кислород. Налейте бензин в блюдечко, поставьте его на открытом воздухе — реагенты рядом, а реакции нет. Почему? Нужен толчок — начальная порция энергии. Молекулы исходных веществ долж 34 |
