Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Что делается тогда на конце нерва? Нерв там дает разветвления, которые связаны с мышечной структурой; называют их нон<<еаь<е ответвления. По причинам, точно не известным, в момент, когда импульс достигает конца нерва, из него вылета<от маленькие пакетики реактивов, называемых апетилхолин (5 — 10 молекул за раз); они влияют на мышечное волокно, и оно сокращается — видите, как все просто! Но что же все-таки вынуждает мышцу сокращаться? Мышца — это большое число плотно расположенных волокон; в них содержатся два разных вещества — мпозин и актомиозпн; и все же механизм, при помощи которого химическая реакция, вызванная ацетнлхолином, меняет размер молекулы, пока еще не выяснен.
Иначе говоря, неизвестны самые основные процессы, ответственные за механкческне движения мышц. Биология — кастолы<о широкое поле деятельности, что есть уйма проблем, о которых мы даже не упоминаем; скажем, вопрос о том, как осуществляется зрение (что свет делает внутри глаза) или как работает ухо и т. д. (Как работает л<ысль, мы обсудим позже, когда будем говорить о психологии.) Так вот, все эти вопросы, стоящие перед биологией, на самом деле для биолога отнюдь не главные, отнюдь не они лежат в основе я<изни.
Бели мы пх и поймем, нам все равно не понять сущности жизни. Вот вам пример: люди, изучающие нервы, понимают, что их работа очень нужна, ведь животных без нервов не бывает. Но жизнь без нервов воачолгна. У растений нет ни нервов, ни мышц, н все же онп работают, живут (что одно и то же). Значит, самые фундаментальные проблемы биологии нужно искать глубже. При этом мы установим, что у всех живых существ есть много общих черт. Самое же общее между. ними то, что они состоят из клеток, внутре каждой нз которых действует сложный механизм химических превращений.
В растительных клетках, например, есть механизм поглощения света и выработки саха- розы, которая потом в темноте поглощается, поддерживая жизнь растения. Когда животное поедает растение, сахароза порождает в животном цепь химических реакций, тесно связанных с фотосинтезом растений (и обратной цепочкой в темноте). бэ8 рсооат .'0 акаи оо- и„. ДП Нг ДПИ' н- -ан оо- ЫМАЛАТ ~Фрнараза ФтмАРАтт ег ерк инатРа 'Риазин Из Ьегигеугеназа 22 оара з'"' " н з об сукаи и Ат ГТФ 2 НЕРОз - ' ГДФ з з за= 2 сн;соаА вн НОС СОО 00 ' бнгсао ч, лаА етАт иитрлт тН,О И+И Аканнтаза агзе сн;сао егер Еег „ СЛСОО еа 6Н-СОО Акен игала ~~г.
Н О цикл лимонной кислоты но-0 н-соо гг-Ииа ИТРА Г Изркнтрат- тПИ Ьегнарегеназа ТПИ-И+И с Снгсоа СН-СОО ~еф 0=0-саоКад-ЗН гг Не Он, ка Ов-км~ '„оа дпи-и+и' ДПИ кетаГлутАРАт Ег и з. 8.1. цикл Кребсе. В клетках живых организмов происходит множество хитро задуманных химических реакций: одно соединение превращается в другое, затем в третье, затем еще и еще. Фзгг.
З.т дает некое представление о гигантских усилиях, предпринятых в изучении биохимии; там сведены воедино наши знания о малой доле того множества цепочек реакций (моягет быть, примерно 1агга общего количества), которые происходят в клетке. Вы видите здесь ряд молекул, последовательно превращающихся одна в другую,— цикл с довольно мелкими шагами. Это — цикл Кребсе, или дыхательный цикл. Судя по изменениям в молекулах, каждое вещество и каждый шаг в цикле довольно просты. Но эти изменения отпосительно гпрудно воспроизводятся лаборапгорным путем.
Это открытие необыкновенной валгности в биохимии. Дело вот в чем. Если есть два сходных вещества, то как раз их-то часто нельзя превратить друг в друга, потому что зги две формы обычно отделены энергетическим барьером, «перевалом». Ведь, желая перенести предмет на новое место на том нге уровне по другую сторону перевала, вы сперва должны поднять его над перевалом.
Это требует добавочной затраты энергии. По той же причине многие реакции не происходят, им не хватает так называемой энергии активации. Если вы хотите присоединить к химическому соединению лишний атом, то для того, чтобы он пристал куда надо, его следует придвинуть в»ь«ол»>сую, иначе нужная перестановка не произойдет, он лишь немного взбежит по «склону» и скатится обратно. Но если б вы могли, буквально повертев молекулу в руках, раздвинуть ее атомы, ввестк в образовавшуюся дыру ваш атом и аатем закрыть отверстие, то вы бы линовали подъем.
нпкакоп затраты энергии не понадобилось бы н реакция прошла бы легче, Так вот, в клетках и впрямь существуют очень большие молекулы (куда больше, чем те, чьн изменения изображены на фкг. 3.1), которые как-то умеют расставить малые молекулы так, чтобы реакция протекала без труда. Онн, этн большие сложные устройства, называются фер.кенты (или закваска; назвали их так потому, что обнаружили их при сбражнванип сахара. Кстати, первые из реакций цикла Кребса были открыты именно прн сбражнваннн). Реакции цикла идут только в присутствии ферментов.
Сам фермент состоит из другого вещества — белка. 31олекулы ферментов велики и сложны. Все ферменты отличаются друг от друга, причем каждый предназначен для контроля некоторой определенной реакции. На фиг. 3.1 возле каждой реакции обозначены названия нужного фермента (а иногда один фермент контролирует и две реакции). Подчеркнем, что сам фермент в реакцию не вовлекается. Он яе изменяется, его дело только передвинуть атом с одного места в другое. Передвинет в одной молекуле и готов уже заняться следующей. Совсем как станок на фабрике, причем должен иметься запас ну«нных атомов и возможность избавляться от ненужных.
Возьмите, например, водород: существуют ферменты, имеющие специальные ячейки для переноса водорода в любой химической реакции. Скажем, нме|отся трп нлп четыре фермента. которые понижают количество водорода; они используются во многих местах цикла. Интересно, что механизм, высвобождающнй водород в одном месте, придерживает этот этом, чтобы использовать его еще где-нибудь. Важнейшая деталь цикла, приведенного на фиг.
3.1, это превраэ;ение ГДФ в ГТФ (гуапазинднфосфат в гуаназинтрифосфат), потому что во втором веществе — ГТФ вЂ” энергкн намного больше, чем в первом. Подобно тому как в нокоторых ферментах имеется «ящнк» для переноса атомов водорода, бывают еще особые «ящики» для переноса энергии; в них входит трифосфатная группа. В ГТФ болыпе энергии, чем в 1'ДФ, и когда цикл идет в одну сторону, созда«отея молекулы с избытком энергии; они могут привести в действие другие цш;лы, ко- торым требуешся энергия, например цш л сжатия мышцы. Мышца не сократится, если нет ГТФ. Можно поместить в воду мышечное волокно и добавить туда ГТФ, тогда волокно сократится, превращая ГТФ в ГДФ (если только присутствуют нужные ферменты). Таким образом, сокращение мышцы есть превращение ГДФ в ГТФ; накопленный в течение дня ГТФ используется в темноте для того, чтобы пустить весь цикл в обратную сторону.
Как видите, ферменту все равно, в какую сторону идет реакция; если б это было не так, нарушался бы один из законов физики. Есть и другой резон, по которому для биологии и других паук важна именно физика,— это техника экспери.чента. Например, нарисованная биохимическая схема не была бы еще до сего времени известна, если бы за нею не стояли большие достижения экспериментальной физики.
Дело в том, что для анализа атих невообразимо сложных систем нет лучшего средства, нежели ставить мешки на атомах, участвующих в реакции. Если ввести в цикл немного углекислоты с «зеленой моткой» на ней и посмотреть, где метка окажется через 3 сел, потом через 10 сек и т.
д., то можно проследить течение всей реакции, Но как сделать «зеленую метку»? При помощи различных изотопов. Напомним, что химические свойства атомов определяются числом электронов, а не массой ядра. Но в атоме углерода, к примеру, может быть либо шесть, либо семь нейтронов наряду с обязательными для углерода шестью протонами. В химическом отношении атомы С" н См не отличаются, но по массе и ядерным свойствам они различны, а значит, п различимы. Используя эти изотопы, можно проследить ход реакции. Гщо лучше для этого радиоактивный изотоп С'4; с его помощью можно весьма точно проследить за малыми порциями вещества. Вернемся, однако, к описанию ферментов и белков.
Не все белки — ферменты, но все ферменты — белки. Существует множество белков, таких, как белки мышц, структурные белки, скажем, в хрящах, волосах, коже, не являющихся ферментами. И все-таки белка — очень характерная для жизни субстанция; во-первых, это составная часть всех ферментов, а во-вторых, составная часть многих иных живых веществ. Структура белков проста и довольно занятна. Они представляют собой ряды, или цепи, различных аминокислот. Существует два десятка разных аминокислот, и все они могут сочетаться друг с другом, образуя цепи, костяком которых являются группы СΠ— Р)Н н т.
п. Белок — это всего лишь цепочки, сложенные из этих 20 аминокислот. Каждая аминокислота, по всей вероятности, служит для каких-то специальных целей. В некоторых аминокислотах в определенном месте находится атом серы; два атома серы в одном и том же белке образуют 63 связь, т. е. схватывают цепь в двух точках и составляют петлю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
