Клетки и энергия. Часть третья.

Транспортные проблемы не только у больших городов. Когда в недрах клетки, как нефть из скважины, бьет энергия, около ферментных конвейеров скапливаются целые флотилии чудо-молекул. Нагрузившись калориями, эти «танкеры» везут их во все концы клетки. Поспешая к ее цехам, рабочим механизмам, чудо-молекулы несутся на всех парах. Но самих себя, конечно, обогнать не могут. И хоть на клеточных магистралях ни заторов, ни пробок, доставить драгоценный груз к сроку здесь также нелегко. Особенно в часы пик. Как быть? Не срывать же выпуск белка, не гасить же блоки вычислительной машины мозга из-за транспортных неурядиц!

Клетка нашла блестящее решение задачи: она перевела ее с молекулярного на электронный уровень. Ни секунды простоя не знают ее рабочие механизмы, энергия прибывает к ним без перебоев и кратчайшим путем. В минуты высокого напряжения ее мигом доставляют электроны. Подвижные, легко возбудимые, они не плывут — летают по клетке со сверхзвуковой скоростью. И разогнавшись, с ходу сбрасывают на ее маховики весь свой заряд, вращают валы живой машины.

Впрочем, это не совсем так: никаких валов и маховиков в клетке отродясь не бывало; в том-то и фокус, что химическая энергия, запасенная чудо-молекулами, здесь сразу и почти целиком переходит в движение. Капелька жизни не растрачивает свои калории на подогрев котлов, трение и прочие непроизводительные расходы, она владеет самой совершенной энергетической техникой. Так что напрасно я искал для нее сравнения в паровике и двигателе внутреннего сгорания. Тут, пожалуй, больше подошел бы атомный реактор. Разумеется, клетка исходила из собственных микроскопических потребностей, но атом — везде атом, извлечь из него энергию, да еще направить ее без потерь к рабочим механизмам — дело не из простых.

Как клетка справляется с ним? Ведь, надо думать, квантовая механика ей мало знакома. Зато нам, дорогой читатель, придется ступить в это зыбкое море волновой физики. Без нее нынче немыслимо постичь жизнь, понять смысл, труд, назначение той на диво слаженной машины, что именуется живой клеткой.

Итак, знакомьтесь: квантовая биология — наука об электронном уровне жизни. Молодая, смелая, подчас парадоксальная, она завоевывает признание, переводит мысль биолога в совершенно новое измерение — в странный, изменчивый мир.

Мир этот, словно царство теней, полон призраков и неожиданностей. Молекулу здесь сразу не узнаешь: она потеряла очертанья, походит не на елку, увешанную атомами, а скорее на облачную гряду. Да и атом тут вроде существа, фигуры не имеющего. Куда только девалось его твердокаменное ядро? Ах, вот оно, скрылось в облаке электронов, что носятся вокруг с космической быстротой. У каждого ядра — «спутник», а то и несколько, и все заряжены, каждый летает по собственной орбите. Но порой склонен перескакивать на чужую, особенно, если она ниже его собственной.

В плотном облаке электронов плывет к цели и чудо-молекула. Ее атомы, насыщенные энергией, электричеством, не дают покоя ферментам. Оторвав, крайний, ферменты-посредники быстро передают его с рук на руки. Заряженный атом мигом проскакивает по цепи переносчиков. Как грозовая туча, налетает он на молекулу мышечного белка. Вот они столкнулись…

Удар! Электроны молнией перескакивают с атома на белок. Ливень энергии обрушился на мышечную машину. А электронное облако уже проплыло: его подхватили, влекут на перезарядку другие переносчики. На сей раз они спешат доставить истощенную, отработанную молекулу к активному, так сказать, заправочному центру. Здесь она присоединит потерянный атом, наберет энергии и, опять став чудо-молекулой, пустится в новый путь.

Однако что с электронами, где странствуют сейчас эти заблудшие спутники атомного ядра? Несутся по молекуле мышечного белка. Соскочив на полном ходу с орбиты, свободные электроны почти без потерь передали новой хозяйке весь свой запас, всю энергию. Та охотно приняла столь ценный дар и открыла гостям зеленую улицу.

Стремглав, словно аварийные машины, проскакивают электроны вдоль молекулы: они мчатся здесь по особой полосе повышенной проводимости. В этой зоне, как на средней полосе автомагистрали, можно развить бешеную скорость, не встречая никаких препятствий. Здесь все предусмотрено для экстренной доставки энергии к сократительным механизмам мышцы.

Полоса сверхпроводимости — главная энергетическая магистраль белковой молекулы. Только в отличие от автострады она не прямая: молекула белка скручена в тугую спираль. Виток к витку намотана цепочка ее аминокислот. Так плотно прилегают они друг к другу, что местами входят в контакт: здесь и перекидываются межатомные мостики, по которым проскакивает блуждающий электрон.

Перемычки между аминокислотами он использует, как самый короткий и легкий путь к цели: электричество ведь всегда идет по линии наименьшего сопротивления. Так и тут — в клетке, до верха заполненной белковыми молекулами. Не зря же ее иногда сравнивают с кристаллом, порой даже называют полупроводником.

По этой кристаллической дорожке электрон выходит к финишу. Рывок — и он на новой орбите, вносит свой квант в энергетику мускульной, нервной, любой другой клетки. Вот пока и все, кончились странствия электрона — в белках, мышцах, да, пожалуй, и во всей биологии: других новостей о нем пока нет. Но будут, непременно будут, дайте только срок.

Идеям предсказывать судьбу, пожалуй, труднее, чем людям. Уж очень причудлив бывает их путь в науке, неожидан финал. Великие алгебраисты, современники Дидро и Свифта, шутя, забавляясь костяшками домино, придумали на досуге теорию вероятностей — видно, кроме азарта, хотели внести в игру математическую ясность. На том затея и кончилась, а спустя полтораста лет физики с блеском использовали все «игральные» теоремы алгебраистов в решении важнейших задач теории газов и растворов. Поди после этого гадай, прорицай будущее какому-нибудь невероятному замыслу: бесплоден он или принесет урожай. Иные идеи только для того и зреют, чтобы в срок быть опровергнутыми, уступить место новым, еще более невероятным.

Так и в биологии. Здесь еще и к молекулам не все привыкли, а вот уже появилась квантовая механика клетки. Электрон, можно сказать, проник сюда нежданным гостем. Да что делать: наука всегда в пути. Пока иные раздумывают, признать ли молекулярный уровень жизни, возник электронный. И как бы ни был он нов и загадочен, появление его в общем-то было предрешено: клетка все чаще задает вопросы, что не по силам даже самым проницательным биохимикам века. Ведь и у них есть предел, черта, за которую не проникает ни глаз, ни мысленный взор исследователя.

Тут нет ничего удивительного и, тем более, обидного; биохимия выходит на новый рубеж. Дитя прошлого века, она и сегодня пользуется его языком — языком букв, черточек, всех этих иероглифов классической химии, которыми можно записать сложнейшую формулу, реакцию, но нельзя объяснить даже движение амебы, понять сокращение комариного мускула — словом, уловить механику живой клетки.

Биохимик вправе гордиться успехами. Проникнув в неведомый мир белков, он открыл их строение, можно сказать, по косточкам пересчитал каждую молекулу, определил состав многих важных гормонов, ферментов и некоторые воссоздал, заново синтезировал в пробирке. Кто спорит: биохимия — лидер науки о живом. Но идет он не без поражений. Каким образом чудо-молекула аденозинтрифосфорной кислоты перебрасывает энергию на рабочие рычаги мышцы? Как она заряжается вновь? Почему несколько квантов света, поглощенные в глазу какой-нибудь сотней молекул родопсина, проецируют на экране мозга многокрасочную картину?

Молчит биохимик. Не разомкнул пока уста и биофизик. Клетка приоткрыла им дверь в белковую кухню, но скрывает еще много важных секретов. И потому исследователь охотно расскажет вам о гроздьях атомов в молекуле какого-нибудь гормона, нарисует их связи и даже назовет углы между связями, но главный вопрос — как атомы работают, общаются? — оставит без ответа. На молекулярном уровне биолог постигает общую конструкцию живой машины — понять ее в движении, взаимодействии всех деталей ему пока не дано. Тут клетка еще ждет своего Менделеева, своего Эйнштейна.

Однако путешествие в ее глубины продолжается. Увлекательное путешествие, полное неожиданных находок, больших открытий.

Автор: А. Шварц.