О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Катализ
Есть, однако, возможность преодолевать энергетический барьер для химической реакции даже без повышения температуры. Так, если пропустить смесь кислорода и водорода над черной платиной (это спрессованный тонкий ее порошок), то реакция между ними пойдет довольно быстро и при комнатной температуре:
2Нг + О2 = 2И2О.
Черная платина способствует протеканию реакции, но сама при этом практически не изменяется.
Вещества, способные увеличивать скорость реакций, но сами при этом не изменяющиеся, называют катализаторами. Механизм их действия может быть различным, но в принципе их можно уподобить сифону, по которому вода перетекает через преграду.
Ферменты
Химические компоненты организма сами по себе находятся в мета-стабильном состоянии и движутся к равновесию очень медленно. Однако у живых существ имеются катализаторы, называемые ферментами, которые высокоспецифичны; обычно они способны ускорять лишь одну реакцию или небольшое число сходных реакций. Таким образом, именно ферменты определяют, какие реакции будут идти с повышенной скоростью, а какие нет, и от этого будут зависеть все функции.
Химическая природа ферментов была выяснена американским биохимиком Дж. Б. Самнером в 1926 г. Из соевых бобов он выделил в кристаллической форме фермент уреазу и установил, что это белок. Дальнейшие исследования показали, что все ферменты являются белками. Обратное утверждение не будет верным: хотя подавляющее большинство белков — ферменты, есть множество белков с иными функциями. Примерами могут служить белок кератин — главный компонент волос, весьма распространенный бе-
лок коллаген (из которого делают желатину), присутствующий в коже, костях и сухожилиях, а также шелк. Все они каталитическими функциями не обладают. Их называют “структурными белками”.
Недавно было выяснено, что в одном особом случае действовать как ферменты могут и вещества небелковой природы: некоторые рибонуклеиновые кислоты (РНК) способны катализировать изменения в своей собственной структуре.
Белки — это полимеры
Белки образуют подкласс в классе соединений, называемых полимерами. Их длинные молекулы имеют форму цепей, построенных из повторяющихся меньших молекул — мономеров. Чтобы мономеры были способны образовать полимерную молекулу, они должны обладать как минимум двумя реакционноспособными группами, одна из которых могла бы образовать химическую связь со вторым мономером, а другая — с третьим. Если мономеров много, они могут образовать длинную цепь полимерной молекулы. Примером такого полимера может быть найлон (рис. 5-4).
Белок сходен с найлоном в том, что и тот и другой представляют собой цепочку мономеров, но между ними есть одна существенная разница. Молекулы найлона построены всего лишь из двух чередующихся видов мономеров, и хотя длина таких цепей может несколько различаться, в общем молекулы однотипны. Белок же построен из двадцати разных видов мономеров — аминокислот, и в зависимости от порядка их следования может быть множество различных белков.
Рис. 5-4. Образование полимеров. Найлон (вверху) построен из мономеров двух типов. У каждого из них есть по две одинаковые реакционноспособные группы А или В, а взаимодействовать между собой могут только разные группы (А с В). Поэтому в полимере образуется чередующаяся последовательность тех и других мономеров. У аминокислот (внизу) в каждой молекуле две разные реакционноспособные группы, -СООН и -NH2, поэтому последовательность аминокислот в полимере (белке) может быть любой. Одна аминокислота отличается от другой по строению группы R.
Общая формула аминокислот, образующих белок, такова:
UN—С—СООН
I
н
Видно, что к а-углеродному атому присоединены четыре разные , группировки. Три из них — атом водорода, щелочная аминогруппа и кислая карбоксильная группа — у всех аминокислот одинаковы. Различаются они по строению группы Ri. В простейшем случае —• в молекуле глицина эта группа представлена атомом Н. У аланина здесь СНз, у фенилаланина — бензольное кольцо и т. д. (рис. 5-5).
Соединение двух аминокислот происходит в результате реакции, в чем-то сходной с реакцией образования этилацет)ата:
R| "i
I I
Н,—N С-------СООН + Н*—N С—СООН ---------------->
I I
н н
---> Н2—N—С—С—N—С—СООН 4- н20
Н н
Связь между щелочной аминогруппой NHi- и кислой карбоксильной группой -СООН называется пептидной. Соединяясь таким способом —“головой к хвосту”, — аминокислоты могут образовывать пептидные цепи длиной более тысячи мономеров. “Осевая” депь будет у всех белков одинаковой, но последовательность отходящих от нее боковых групп (Ri) в каждом белке своя.
Важно, что у всех организмов, будь то растения, животные, бактерии или вирусы, белки построены из одних и тех же аминокислот. Поэтому любой организм, поедающий другое живое суще-
