Величайшее шоу на Земле: свидетельства эволюции.
Шрифт:
Другие химические реакции, которые могли бы произойти в лаборатории, не происходят, потому что стеклянные стенки бутылок и колб препятствуют встрече компонентов.
Если Вы хотите другую химическую реакцию, Вы смешиваете другие компоненты в другой колбе.
Повсюду есть стеклянные барьеры, сохраняющие вещества чистыми, отдельными друг от друга в бутылках или колбах, и содержащие комбинации реагентов отдельно друг от друга в пробирках, или колбах, или мензурках.
Живая клетка также является большой химической
Но они не хранятся в отдельных бутылках и банках на полках.
Они все перемешаны.
Это как если бы вандал, химический владыка хаоса, вошел бы в лабораторию, схватил все бутылки на всех полках и опрокинул их с разнузданной импульсивностью в один большой котел.
Ужасно?
Что ж, было бы ужасно, если бы все они прореагировали вместе, во всех возможных комбинациях.
Но они не реагируют.
Или если они и реагируют, то скорость, с которой они это делают, настолько мала, что с тем же успехом они могли бы не реагировать вообще.
Кроме как — и в этом вся суть — если присутствует фермент.
Нет никакой надобности в стеклянных бутылках и колбах, чтобы содержать вещества отдельно, потому что в любом случае они не будут реагировать вместе как попало — пока не появится подходящий фермент.
Эквивалентом хранения химикатов в закупоренных бутылках, прежде чем Вы захотите смешать отдельную пару, скажем A и B, является смешивание всех сотен веществ в большом ведьмином вареве, но с добавкой только фермента, нужного чтобы катализировать реакцию между A и B, и никакую другую комбинацию.
На самом деле метафора склонных к беспорядочности опрокинутых бутылок заходит слишком далеко.
Клетки в действительности содержат инфраструктуру мембран, между которыми, и в пределах которых, и происходят химические реакции.
До некоторой степени эти мембраны играют роль стеклянных перегородок между пробирками и колбами.
Суть этого раздела этой главы в том, что «правильный фермент» достигает своей «правильности» в значительной степени вследствие своей физической формы (и это важно, потому что физическая форма определяется генами, и это — гены, чьим вариациям, в конечном счете, благоприятствует или неблагоприятствует естественный отбор).
Молекулы в большом количестве дрейфуют, вертятся и кружат в бульоне, омывающем внутренности клетки.
Молекула вещества A могла бы быть счастлива прореагировать с молекулой вещества B, но только если им доведется столкнуться, будучи повернутыми в строго правильном направлении друг относительно друга.
Важно то, что это редко случается — если в процесс не вступает подходящий фермент.
Точная форма фермента, форма, в которую он свернулся как магнитное ожерелье, оставляет его изрытым впадинами и вмятинами, у каждой из которых есть своя точная форма.
У каждого фермента есть так называемый «активный центр»,
Слово «впадина» недостаточно передает особенность, точность, этого механизма.
Возможно, лучшее сравнение с электрической розеткой.
В том, что мой друг зоолог Джон Кребс назвал «великим штепсельным заговором», различные страны во всем мире, что раздражает, приняли разные произвольные соглашения для штепселей и розеток.
Британские штепсели не будут подходить к американским или французским розеткам, и так далее.
Активные центры на поверхности молекул белка — розетки, которым будут отвечать только определенные молекулы.
Но если великий штепсельный заговор ведет только к полудюжине отдельных форм во всем мире (вполне достаточно, чтобы создать постоянные неудобства путешественнику), различные виды розеток, представляемых ферментами, намного более многочисленны.
Представьте себе конкретный фермент, который катализирует химическую комбинацию двух молекул, P и Q, создавая соединение PQ.
Одна половина активного центра «розетки» как раз подходит, чтобы в нем устроилась молекула типа P, как часть пазла.
Другая половина той же розетки столь же точно приспособлена, чтобы в нее вставлялась молекула Q — обращенная в точности в правильном направлении, чтобы химически соединиться с молекулой P, уже находящейся там.
Находясь в одной впадине, твердо удерживаемые как раз под нужным углом друг к другу сводящей молекулой фермента, P и Q объединяются.
Новое соединение, PQ теперь отделяется в бульон, оставляя активную впадину в молекуле фермента готовой примирять другую P и другую Q.
Клетка может быть заполнена роем идентичных молекул фермента, продолжающих работать как роботы на автомобильном заводе, производя в большом количестве PQ в клеточном аналоге промышленных количеств.
Поместите другой фермент в одну и ту же клетку, и он произведет в большом количестве другой продукт, возможно PR, или QS или YZ.
Конечные продукт различны, даже при том, что доступное сырье — одно и то же.
Другие типы ферментов заняты не созданием новых соединений, а расщеплением старых.
Некоторые из этих ферментов вовлечены в переваривание пищи, и они используются также в «биологических» стиральных порошках.
Но, так как эта глава о строительстве эмбрионов, мы здесь рассматриваем главным образом строительные ферменты, которые посредничают в синтезе новых химических соединений.
Один такой процесс показан в действии на цветной странице 12.
Проблема могла прийти Вам в голову.
Все это очень хорошо, говорить о пазле впадин и розеток, высокоспецифичных активных центрах, способных ускорить конкретную химическую реакцию в триллионы раз.