Концепции современного естествознания

Итак, взятая нами для примера последовательность химических реакций идет при участии дюжины ферментов. Однако эти реакции составляют лишь очень малую часть всей химической активности дрожжевой клетки. И почти каждая протекающая в клетке химическая реакция идет под контролем своего специально предназначенного для нее фермента. Всего живая клетка содержит несколько тысяч разных ферментов; каждый из них осуществляет контроль над одной определенной химической реакцией, заставляя ее идти быстрее. Следовательно, ферменты представляют собой настоящий рабочий механизм живой клетки. Продолжая нашу аналогию с фабрикой, мы можем сравнить их с работающими на фабрике станками и машинами. Как видите, ферменты в клетке выполняют поистине центральную роль. Если к этому добавить, что все известные нам ферменты — белки, то станет ясно, что на пути к познанию процессов, идущих в живых организмах, нам в первую очередь необходимо понять, как устроены белки и каковы их функции в живой клетке.

Рассмотрим ряд примеров. Думаю, что многие из них читателю знакомы. Начнем, конечно, с фермента. Когда делают сыр, в молоко добавляют специальный порошок, после чего оно тут же свертывается. Этот порошок содержит фермент, который вырабатывается пищеварительным аппаратом теленка и вызывает свертывание молока. В сыроварении его называют сычужным ферментом, биохимики же называют его реннином. Другой известный белок — кератин. Мы уже говорили, что волосы состоят большей частью из белка; вот этот белок и называется кератином. Он выполняет структурную функцию. Надо сказать, что из белка построены также многие другие органы, выполняющие структурную функцию. Так, основным компонентом сухожилий, костей и кожи служит белок коллаген.

Возьмем теперь гемоглобин — белок, с которым мы не раз еще встретимся. Присутствием гемоглобина обусловлен красный цвет крови. Функция этого белка состоит в том, чтобы переносить кислород из легких к тканям. Гемоглобин обладает замечательной способностью связывать молекулярный кислород. Точнее говоря, одна молекула гемоглобина может связать одновременно четыре молекулы кислорода. В легких, где давление кислорода выше, происходит присоединение молекул кислорода к гемоглобину. Гемоглобин доставляет их к тканям, но там давление ниже, и кислород освобождается. Далее происходит диффузия кислорода внутрь клеток. В клетке молекулы кислорода встречаются с другим белком — миоглобином, о котором мы тоже еще не раз услышим. Миоглобин — это как бы младший брат гемоглобина, его молекула в четыре раза меньше и способна связывать не четыре, а только одну молекулу кислорода. Миоглобин тоже красный; этим объясняется красный цвет мяса. Молекулы кислорода переходят от гемоглобина к миоглобину, где и хранятся до тех пор, пока не потребуются клетке.

Еще один важный белок — миозин мышц, обладающий замечательным свойством — сократительностью. Именно благодаря миозиновым волокнам мышцы способны сокращаться. Механизм мышечного сокращения представляет собой одну из центральных и наиболее захватывающих проблем биологии, еще далекую от полного решения.

И последний пример: к белкам относятся некоторые гормоны — химические переносчики, предназначенные для регуляции клеточных процессов. Одним из таких белков-гормонов является инсулин.

Как видите, молекулы белков выполняют великое множество самых различных функций, хотя все они построены из одинаковых строительных блоков — все тех же двадцати аминокислот. Одни и те же строительные блоки в разных комбинациях образуют молекулы, обладающие столь разнообразными свойствами и функциями. На первый взгляд может показаться удивительным, что такое разнообразие функций возникает на основе всего лишь двадцати сортов аминокислот. Но это во всяком случае ничуть не более удивительно, чем тот факт, что из одних и тех же двадцати шести букв английского алфавита могут быть сложены и сонет Шекспира, и, скажем, книга по молекулярной биологии.

Вообще говоря, белки почти целиком состоят из аминокислот, но для большей точности отметим, что некоторые белки содержат кроме того еще и другие небольшие группы атомов. Например, в молекулах гемоглобина и миоглобина присутствуют плоские группы атомов с атомом железа в центре — так называемые гемогруппы, к которым прикрепляются молекулы кислорода. В молекуле гемоглобина таких групп четыре, а в молекуле миоглобина только одна.

Роль белков в живых клетках столь значительна, столь важна, что без преувеличения можно сказать: природа любой живой клетки определяется главным образом белками, которые она содержит. Но тогда верно и то, что природа живого организма в целом в конечном счете определяется его белками.