Общие принципы биологической активности
Все рассмотренные примеры подтверждают нашу основную концепцию, которая говорит о том, что специфичность активности молекул биологических систем определяется их физико-химическими свойствами.
Мы видим, что биомолекулы могут свертываться различным образом, однако очень часто реализуется один специфический тип этого свертывания, соответствующий минимуму энергии. Конформация при этом минимуме обычно оказывается очень стабильной, поэтому объяснение биохимических аспектов активности этих молекул следует искать в пространственном распределении активных групп. Очень часто биологически активная , молекула, например молекула фе|рмента, не только принимает стабильную конформа-цию, когда сближаются активные группы, но приобретает также свойство притягивать молекулы субстрата, на который действует фермент. Благодаря сближению соответствующих групп фермент может «зажать субстрат в клещи».
Прекрасным примером, иллюстрирующим это явление, оказались рентгено-структурные исследования конформации фермента карбоксипептидазы, проведенные профессором Липекомбом и его коллегами в Гарвардском университете. Интересны конформационные изменения, которые происходят, когда этот фермент реагирует с карбоксильным концом белковой цепочки, отщепляя одну пептидную единицу с конца.
Когда фермент связывает пептид, вследствие возникающих взаимодействий в конформации его молекулы происходит ряд изменений. Например, бензольное кольцо боковой цепи одного из тирозиновых остатков смещается из-за поворота вокруг Сa —Сb связи примерно на 120°, при этом требуемая для активности группа в тирозиновом остатке уже принимает необходимое положение в молекуле. В действительности в нормальном состоянии фермент имеет тирозиновую боковую цепочку в конформации, соответствующей ее максимальной стабильности, как это было показано в нашей лаборатории при исследованиях структуры аминокислот и пептидов.
Однако при взаимодействии с субстратом боковая тщюзиновая цепочка принимает необычную ориентацию. В то же время это и есть та самая конформация, при которой взаимодействие с субстратом оказывается большим, т. е. она наиболее благоприятна для такого взаимодействия. Итак, различные химические стадии действия этого фермента становятся понятными, если анализировать силы молекулярных взаимодействий.
Мы стремились показать, что жизнь в своей основе не отличается от процессов, происходящих в небиологических системах, так как во всех случаях определяющими являются химические взаимодействия.
Однако системы, входящие в состав живого организма, настолько высокоорганизованы, что могут принимать участие в необычайно сложных химических реакциях, которые специфичны для этих систем и характеризуются удивительным разнообразием.
К сожалению, мы не имеем возможности углубляться в такие вопросы, как проблема обратной связи в биологических системах, которая играет доминирующую роль в контроле и комбинациях различных реакций.
Автор, однако, надеется, что аргументы, приведенные в этой статье, достаточно убедительно показывают, что нет никакой необходимости привлекать новые гипотезы, кроме тех, которые обычно используются в физических и химических лабораториях, чтобы понять причины сложности и многообразия процессов, связанных с жизнедеятельностью.
Гопаласамудрам Рамачандран
индийский биофизик.
Наука и человечество. 1975. Сборник - М., «Знание», 1974. С. 197–211