Интернет: Заметки научного сотрудника

Так оказалось, что мои научные работы в некоторой части были связаны и с лизоцимом и с пенициллином. Эти работы описаны в двухтомнике «Ферментативный катализ»; первый том называется «Простые субстраты» (1980), а второй – «Полимерные субстраты» (1984). Фактически оба тома – это моя докторская диссертация, так сказать, переработанная и дополненная. Флеминг не знал, как лизоцим действует на клеточные стенки. Он знал, что лизоцим их растворяет, но не знал, как именно, в результате какой химической реакции. Клеточная стенка – это гигантская (по масштабам молекул) трехмерная макромолекула, защищающая содержимое бактериальной клетки от внешних воздействий. Насколько прочна эта структура, можно судить по тому, что она выдерживает внутриклеточное давление до 30 атмосфер. Лизоцим расщепляет определенное повторяющееся химическое звено, или повторяющуюся химическую связь клеточной стенки и после расщепления некоторого количества этих связей клеточная стенка распадается на отдельные фрагменты и растворяется в воде. Так вот, я разрабатывал (и, пожалуй, разработал) теорию скоростей этих реакций и то, как эти реакции можно изучать и описывать количественно. Ведь «концентрацию» бактериальной клеточной стенки, а точнее, этих самых химических связей так просто не определить, а если не определить, то как количественно описать реакцию и ее скорости? Оказалось, что бактерии можно «титровать» лизоцимом, примерно как кислоту можно титровать щелочью. Можно находить точку эквивалентности между их концентрациями, наблюдая за скоростями растворения клетки. И таким образом описывать бактериолитическое действие лизоцима в строгих рамках физической химии. Или ферментативной кинетики, кому что нравится. Вот это-то среди других теорий и описывал я во втором томе моей книги.

А часть первого тома посвящена превращениям пенициллина с помощью ферментов, точнее, одного фермента под названием пенициллинамидаза. «Превращениям» в том смысле, что этот фермент может как расщеплять пенициллин «пополам» – при этом терапевтическая активность пенициллина полностью пропадает, – так и синтезировать из полученных половинок новые пенициллины. Например, из пенициллина получают ампициллин и многие другие «полусинтетические» пенициллины. Сам-то пенициллин – относительно небольшая молекула, всего двадцать пять С – С-, С – S-, C – O-, С=O– и С – N-связей. Поэтому он и попал в том, где «простые субстраты».

В этой связи – проходное воспоминание. Заходит как-то в нашу лабораторию в корпусе «А» Ефим Арсеньевич Либерман, замечательная личность, физик и биолог, лауреат Государственной премии СССР. Просто проходил по коридору и по старой памяти заглянул ко мне. А я ломаю голову над синтезом нового пенициллина из обычного.

– Над чем работаешь? – это Либерман меня спрашивает. Я говорю, что вот, пытаюсь новое производное пенициллина смастерить, с помощью фермента.

– А что, – спрашивает, – в принципе-то МОЖНО получить? – Конечно, – говорю, – по термодинамике должно проходить, надо только условия подобрать, чтобы равновесие сместить в сторону получения.

– Ну тогда зачем время тратить? – это Либерман. – Если известно, что в принципе можно получить, то это уже не наука.

Точка зрения физика.

24. Иммобилизованные ферменты

Защита моей кандидатской диссертации в начале 1970-х годов примерно совпала по времени с началом новой эры в изучении и применении ферментов – эры иммобилизованных ферментов и инженерной энзимологии. Напомню, что ферменты – это катализаторы биологического происхождения, или биокатализаторы. Они, как и прочие катализаторы, ускоряют химические реакции. Но в отличие от традиционных химических катализаторов – металлов и их комплексов с органическими молекулами, – обычно получаемых искусственно, ферменты синтезируются живыми организмами – микробами, растениями, животными. И прочими насекомыми, червями, земноводными, морскими организмами и так далее.

Ферменты представляют собой, как правило, белковые образования, часто сопряженные с ионами металлов, а также сахарами и прочими органическими соединениями, которые иногда называют «коферменты». Ферменты по размеру больше молекулы, скажем, воды в тысячи и десятки тысяч раз. Если вода состоит из трех атомов, пенициллин, упоминаемый ранее, – из 41 атома, холестерин, опять же упоминаемый ранее, – из 68 атомов, то молекулы белков состоят из тысяч, десятков и иногда сотен тысяч атомов. Тем не менее белки можно выделить в индивидуальном виде и сотни их, если не тысячи, уже выделены. Можно спорить, в насколько чистом виде они выделены, и придираться к долям процента примесей, но это опять же детали.