Молекула миозина
Мы знаем из работ Эдсалла и Вебера} что молекула миозина представляет собой тонкую нить. Не зная никаких других деталей, мы можем представить себе две различные картины процесса, в котором энергия ~Р переносится к этой нити и производит ее сокращение. Одной из них будет предположение, что молекула, несущая эту ~ Р (в нашем случае АТФ), входит в какую-то химическую реакцию с миозином, в результате чего возникает локальное изменение в белке, ведущее к его складыванию. Возникает комплекс АТФ-миозин, который затем расщепляется, давая фосфат, АДФ и измененный миозин. Такая реакция имеет много аналогий с «реакциями группового переноса» в промежуточном метаболизме и в принципе может быть описана в символах классической химии.
Альтернативная картина основана на предположении, что молекула АТФ не вступает ни в какую локальную реакцию, но что связанная энергия ее ~ Р высвобождается и переходит в более активную и подвижную форму, в которой она затем переносится к молекуле миозина, движется по ней и порождает за собой изменения, которые каким-то образом ведут к сокращению и могут быть адекватно описаны лишь в рамках квантовой механики. По сравнению с первой эта картина не ясна и не имеет аналогий в промежуточном метаболизме; может возникнуть вопрос: для чего Читать далее
Долгоживущее возбуждение в белках
Замороженные ткани животных в отсутствие кислорода при освещении ультрафиолетовой лампой дают сильное и долго длящееся послесвечение. Пигменты препятствуют наблюдению этого излучения, которое наблюдается поэтому лишь в органах, бедных окрашенными веществами. Если, например, мозг морской свинки поместить в пробирку, воздух заместить азотом, пробирку погрузить в замораживающую смесь сухого льда и подержать (после установления температурного равновесия) перед ртутной лампой высокого давления в течение секунды, то он будет излучать с полминуты интенсивный голубовато-белый свет, после чего в течение еще некоторого времени будет наблюдаться слабое свечение. В присутствии воздуха, т. е. 02, такая фосфоресценция не наблюдается; при комнатной температуре ткань также не испускает такого излучения. В других органах, бедных пигментами (мышцы, матка, кишечник, легкие, кожа и рак грудной железы у мышц), наблюдается то же явление. В органах же, богатых пигментами почки, печень или темные мышцы (сердце), излучение не наблюдается. Длительная фосфоресценция не является специфическим свойством тканей. 1%-ный раствор сывороточного альбумина (кристаллический сывороточный Читать далее
ТРИПЛЕТЫ И ВОДА
Изучение возбужденных электронных состояний дает нам ценные сведения о свойствах и реакциях молекул, но принимают ли эти возбужденные состояния участие в биологических реакциях и переносе энергии — это иной вопрос. Есть основания сомневаться в этом. Синглетные возбужденные состояния живут слишком короткое время, для того чтобы было возможно использовать их энергию или управлять ею. Кроме того, чисто электронное возбуждение, соответствующее видимой части спектра, требует квантов энергии, которые, как правило, слишком велики, чтобы быть приемлемыми для биологических систем. Наиболее длинная видимая волна соответствует энергии около 40 ккалмолъ, тогда как единица биологической энергии, энергия имеет порядок величины 10 ккал/моль.
Эти трудности отпадают в случае триплетных состояний, время жизни которых больше, а энергия меньше; энергетические уровни их могут соответствовать даже ближней инфракрасной области. Однако те же запреты, которые привлекают внимание к синглет-триплетным переходам, в то же время как будто делают их и бесполезными для биолога. Маловероятное возбуждение не может иметь значения для клетки. Таким образом, мы остаемся с пустыми руками.
Имеется еще одно затруднение. Биологическим растворителем является вода, а не бура или глицерин, вода же имеет много странных и уникальных свойств, например ярко выраженный дипольный характер. Причины, по которым физики при изучении Читать далее
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
После того, как на протяжении девятнадцати параграфов мы погружались в детали отдельных процессов, мы можем в заключение всплыть на поверхность, с тем чтобы осмотреться, сориентироваться и спросить: к чему же все эго?
Если мы вернемся назад к нашей отправной точке, к «chiaroscuro», то очертания его покажутся нам теперь несколько более ясными. Биохимия не является замкнутой в себе наукой. Успех ее зависит от прогресса в других областях знания, в первую очередь в чистой химии. В истории этой науки имеются два четко различимых периода. Первый провозглашен Лукрецием и Эпикуром, которые проповедовали, что материя построена из малых неделимых единиц, атомов. Основное, что сделала химия за последующие два тысячелетия, — это определила количество различных сортов атомов (около сотни), выделила их, назвала и установила пути и формы их связей друг с другом. Различные атомы были обозначены буквами, их связи — черточками, так что с помощью букв и черточек мы можем написать на бумаге символы, которые дают достаточно ясную картину структуры сложных молекул.
Биохимия, следуя по стопам химии, прослеживая различные атомы и связи сквозь лабиринт биологических реакций, значительно преуспела в анализировании структур и реакций, которые могут быть описаны Читать далее
Интерес к миотонии
Другим обстоятельством, еще более усиливающим интерес к миотонии, является то, что симптомы этого заболевания могут быть точно воспроизведены принятием лекарства — 2,4-дихлорофеноксиуксусной кислоты, обычно называемой 2,4-Д. Бухер обнаружил, что это лекарство вызывает симптомы миотонии у лабораторных животных, таких, как мыши и крысы. Эйзагир, Фольк, Цирлер и Лилиенталь показали, что электрическое поведение мышцы, отравленной 2,4-Д, аналогично поведению миотонической мышцы: в ответ на единичный электрический импульс возникает целый ряд волн возбуждения. Эта возможность воспроизведения дегенеративной болезни с помощью лекарства является весьма интересной. Интерес еще более усиливается тем, что 2,4-Д также известна как сильный гормон роста растений и широко применяется для борьбы с сорняками. Это указывает на основное единство принципов, на которых построен мир животных и растений.
Пытаясь найти связь между миотонией и ?, можно начать с попытки показать, что 2,4-Д каким-то образом действует на ? и производит это действие в тех же концентрациях, в которых она вызывает симптомы миотонии у животных. Подтверждение этого сделало бы более правде подобным то, что наследственная Читать далее
Наши знания о структуре воды
Однако до сих пор не было сделано ни одной попытки применить наши знания о структуре воды к живым системам или показать существование триплетного возбуждения в биологических процессах. Существуют лишь спорадические наблюдения, наводящие на различные предположения. Гергели (1947 г., стр. 101) обнаружил, что акридрн — оранж, растворенный в воде, обладает фосфоресценцией, если к раствору добавить актомиозин. Менее фибриллярные миозин или актин оказались менее активными в этом отношении. Гергели применял актомиозин в сравнительно малой концентрации, так что мы можем ожидать, что в мышце при высокой концентрации белков триплетные возбужденные состояния будут еще более вероятны. Я нашел, что свежая мышца лягушки или рыбы, погруженная в 0,1 М КС1 и окрашенная акридин-оранжем (10’3 М), при освещении (при комнатной температуре) обладает оранжевой фосфоресценцией красителя, в то время как краситель, извлеченный из мышцы фильтровальной бумагой, обладает. ггшь обычной желтовато-зеленой флуоресценцией. Если мышцы привести в сокращение замораживанием и последующим оттаиванием, то фосфоресценция исчезает, что указывает на нарушение водкой структуры. Большое количество жидкости, выжимаемое такой мышцей, также указывает, что физическое состояние воды претерпело сильные изменения. Применение в качестве суспензионной жидкости вместо раствора КС1 децимолярного раствора NaCl снижает фосфоресценцию. Как будет показано в дальнейшем, Читать далее
Связанные осцилляторы
Если связать две системы, способные к одинаковым колебаниям, то они составят «связанный осциллятор» и колебания будут передаваться от одной системы к другой и обратно. Если, например, мы подвесим на одну проволоку два маятника с одинаковыми периодами колебания и приведем в колебание один из них, то он вскоре остановится, тогда как другой придет в колебательное движение; через некоторое время второй маятник возвратит движение вместе с его энергией обратно первому маятнику и т. д.
Суть этого простого опыта в том, что энергия, сообщенная одному из двух осцилляторов, не делится между ними и тем самым не деградирует до очень малых значений, а периодически полностью переходит от одного маятника к другому. Если бы не было трения и эта передача энергии совершалась без потерь, то такая периодическая передача энергии происходила бы до бесконечности.
Различные атомные группы белка способны колебаться, вибрировать и вращаться подобно маятнику. Если две такие группы с одинаковыми частотами колебания связаны, допустим, полипептидной цепью, то они могут действовать как связанные осцилляторы. Вполне возможно, что все такие группы внутри одной и той же молекулы бел ка действуют как связанные осцилляторы, Читать далее
ВОЗБУЖДЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ МАТРИЦА
Первый вопрос, на который мы должны дать ответ в связи с изложенными в предыдущем параграфе экспериментами, касается роли воды, которая совместно с низкими температурами производит такие разительные изменения. Из полученных результатов видно, что действия воды и охлаждения не аддитивны и что при совместном воздействии они производят нечто специфичное. Сами по себе как вода, так и холод не оказывают никакого влияния. Так, при комнатной температуре ничто не изменится, если в качестве растворителя применить вместо глицерина воду; само по себе охлаждение также ничего не изменит, если в качестве растворителя применить глицерин или 10%-ный водный раствор глицерина. То, что температура сама по себе не производит действия, ясно и из того, что поведение родамина и рибофлавина по существу одинаково, независимо от того, применяем ли мы для охлаждения сухой лед или жидкий азот, хотя их температуры разнятся более чем на 100° С. Таким образом, очевидно, что лишь совместное действие воды и охлаждения порождает нечто новое. Этим новым вряд ли может быть что-либо иное, кроме образования льда. Что это так, ясно из температурного хода наблюдаемого явления. Мы должны различать две реакции: переход возбужденной молекулы в триплетное состояние и излучение ею света фосфоресценции. Обе эти реакции различным образом зависят от температуры. Читать далее
Взаимоотношение патологического роста с ферментацией и окислением
Другим загадочным взаимоотношением является взаимоотношение патологического роста с ферментацией и окислением. Как известно из классических работ О. Варбурга, раковые клетки живут за счет ферментации в большей степени, чем нормальные, и Варбург приписывает этому изменению первичную роль в генезисе рака. Если окисление и ферментация представляют собой всего лишь два альтернативных способа производства энергии, то непонятно, почему сдвиг баланса этих двух процессов в сторону ферментации должен вести к патологическому росту.
Соображения, представленные в этой книге, подсказывают объяснение. Если энергия электронного возбуждения играет важную роль в биологических процессах передачи энергии и если различные биологические процессы действительно управляются энергией триплетных возбужденных состояний, то события будут в большой степени зависеть от возмущения электромагнитного поля; это возмущение вызывается кислородом, а также триплетами, образовавшимися под его первоначальным действием. Следовательно, аэробная жизнь означает качественно иной тип жизни, основой которого является возмущенное электромагнитное поле, а инструментом — триплетные возбужденные состояния. Варбург неоднократно подчеркивал значение структуры, так как окисление связано со структурой, ферментация же от нее не зависит. Вместо «структуры» мы можем Читать далее
Нарушение сопряжения
Таким образом, наш эксперимент in vitro согласуется с предположением, что при окислительном фосфорилировании in vivo нарушение сопряжения обусловливается воздействием на ?, или, более конкретно, воздействием на ? три — плетного состояния рибофлавина, который может функционировать благодаря присутствию 02.
Тушащее действие динитрофенола на послесвечение рибофлавина может быть в какой-то степени названо специфическим. При концентрации 10 4 М динитрофенол не понижает в заметной степени фосфоресценции других веществ, например акридина, атербина или родамина, даже если она была усилена тиамином.
При более высоких концентрациях динитрофенол заметно поглощает свет, и потому уменьшение фосфоресценции других веществ в его присутствии может быть объяснено непосредственной абсорбцией возбужденного света динитрофенолом. Наблюдаемое в этом случае тушение не является «истинным».
Это вещество является тем же динитрофенолом, но с лишней антенной — к нему добавлено еще одно бензольное кольцо. Соответственно мы можем ожидать, что 2,4-ди — нитронафтол будет взаимодействовать с ? несколько сильнее, чем 2,4-динитрофенол. Эксперимент in vitro показывает, что 2,4-динитро-1-нафтол подавляет фосфоресценцию Читать далее
Свежие комментарии