В ходе биохимической эволюции возникли бесчисленные легионы сложных органических веществ. Среди них подлинными шедеврами, высочайшими достижениями природы можно считать три вида соединений: белок, аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) и нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК).
Белок составляет, как мы уже знаем, основу жизни. Именно способность белков к обмену веществ с окружающей природой составляет кардинальное свойство живой материи. Однако мир, в котором мы существуем, включает помимо вещества еще две сферы — энергию и информацию. Белку требуются помощники по энергетической и по информационной части. Их роль и выполняют два других шедевра биохимического прогресса.
АТФ — помощник белка по энергетической части, универсальный аккумулятор энергии для всех биологических процессов. Сокращается ли мышца, рождается ли в мозгу нервный импульс — энергию для них дает мгновенное расщепление, как бы взрыв определенной порции молекул АТФ. Далее фосфорная взрывчатка восстанавливается за счет других, более медленно идущих процессов. Именно она является своеобразным передатчиком энергии от окислительных и иных реакций нашим тканям для их специфической деятельности.
Нуклеиновые кислоты — помощники белка по информационной части. В строении молекул ДНК, составляющих основу генов, носителей наследственности, заложены своего рода чертежи белков будущего организма. Молекулы РНК являются переносчиками этой информации на «строительные леса», где синтезируются белки. Молекулы РНК — как бы штампы, переносящие информацию с чертежей на изготовляемые изделия. В последние Десятилетия молекулам нуклеиновых кислот нервной ткани придают значение носителей индивидуальной памяти.
О замечательных свойствах ферментов
Как мы уже говорили, ученым при синтезе сложных органических веществ приходится идти не теми путями, какими шла природа. Ученые прибегают к высоким температурам, большим давлениям и пр. Между тем у современных живых существ сложнейшие реакции синтеза органических соединений идут очень быстро в обычных условиях. Почему так происходит?
Подобная способность — результат длительного эволюционного развития. В первоначальных белковых комочках обмен веществ протекал очень медленно. Однако больше шансов на выживание имели те из них, у которых процессы обмена шли быстрее, и эволюция привела к развитию соответствующих приспособлений. Ускорение химических реакций обмена веществ стало достигаться с помощью ферментов.
Все мы знаем, что такое химический катализатор. Это — вещество, которое, не разрушаясь в ходе данной реакции, ускоряет ее ход. Так, в присутствии воды железо быстрее соединяется с кислородом воздуха, т. е. ржавеет. Сама вода в этой реакции не тратится, она является лишь посредником, соединяющим железо с кислородом. Разные реакции ускоряются разными катализаторами, причем некоторое изменение состава катализатора может намного усилить его действие. Например, железо ускоряет разложение перекиси водорода. Если соединить железо с пирролом (особое органическое вещество), сила катализатора возрастает более чем в 1000 раз. Если же присоединить сюда еще и определенный белок, сила эта станет дополнительно в 10 миллионов раз больше. Такое соединение железа с пирролом и белком имеется в организме и называется ферментом каталазой. Один миллиграмм ее заменяет по своему действию 10 тонн чистого железа, хотя в основе ее действия лежат свойства, присущие именно железу.
В ходе эволюции постепенно возникали и закреплялись все новые и новые комбинации катализаторов с белками. В современных живых организмах все процессы обмена веществ протекают очень быстро благодаря тому, что каждая химическая реакция ускоряется своим ферментом.