Беседы о жизни

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).

Впрочем, все эти сравнения выглядят несколько суховато; оставив их в стороне, попросим читателя еще раз задуматься над фактом: одна молекула каталазы разлагает в течение секунды 100 тысяч молекул перекиси водорода.

Молекулы-автоматы

Вообще говоря, цифра «100 тысяч операций в секунду» уже должна, по расчетам авторов, поразить воображение читателя и заставить его задуматься над загадкой быстродействия ферментов. С другой стороны, искушенный в чтении научно-популярных сочинений человек понимает, что загадка эта будет далее объясняться с помощью особых свойств молекул фермента и субстрата и их взаимодействия (именно описание свойств биологических молекул и составляет главную тему нашей книги). Но вот тут-то (по крайней мере, вначале) читателя ждет жестокое разочарование: первое же самое отдаленное знакомство с молекулярным механизмом отдельного акта ферментативного катализа показывает, что цифру «100 тысяч операций в секунду» следует, по крайней мере, удвоить!

Дело в том, что «технологический цикл» ферментативного катализа состоит из двух операций: поиск и связывание молекулой фермента молекулы субстрата и собственно акт катализа — химическая модификация молекулы субстрата. Условие выполнения первой части этого цикла выглядит так: каждая молекула субстрата, участвующая в реакции, должна на некоторое время связаться с молекулой фермента, образуя так называемый фермент-субстратный комплекс. Подобное связывание может осуществляться за счет рассмотренных ранее невалентных сил, водородных связей, электростатических сил, гидрофобных взаимодействий, однако в ряде случаев между молекулами фермента и субстрата на короткое время образуются валентные связи. Иными словами, молекула фермента как бы захватывает молекулу субстрата, производит с ней некоторую операцию и затем отделяет от себя уже модифицированную молекулу (или молекулы), называемую продуктом.

Весь этот процесс не так уж сложен, как кажется с первого взгляда: во всяком случае, любой допризывник, изучающий устройство автомата, уже сможет довольно наглядно представить себе акт ферментативного катализа. Ведь процесс стрельбы из автомата организован похожим образом: вначале патрон из магазина подается в приемную коробку (с образованием, могли бы мы сказать, комплекса «автомат — патрон»), а затем срабатывает затвор, и «продукты реакции» — пуля и стреляная гильза — отделяются от автомата, после чего автомат готов для приема следующего патрона.

Прямое доказательство именно такого пути ферментативной реакции — через образование фермент-субстратного комплекса — было экспериментально получено сравнительно недавно. Вначале это удалось сделать с помощью спектральных методов (спектр смеси субстрат-фермент отличался от суммы спектров фермента и субстрата в отдельности), а в самое последнее время методы рентгеноструктурного анализа позволили установить и молекулярное строение некоторых фермент-субстратных комплексов.