Живые организмы отличаются от неживых тем, что движутся. Именно энергия их движения используется для выполнения «работы», характерной для живых систем, – дыхания, пищеварения, мышечного сокращения. Чтобы понять природу жизни, нам необходимо прежде всего разобраться, что приводит в движение белковые «машины».

На первом рисунке (стр. 72) А представляет собой предпочтительную конформацию нашей гипотетической белковой цепи. Силы отталкивания между двумя отрицательно заряженными концевыми аминокислотами (обозначены стрелками) заставляют цепь растягиваться так, чтобы эти аминокислоты оказались как можно дальше друг от друга. B – это концевая аминокислота крупным планом. Сигнал – в данном случае молекула, имеющая большой положительный заряд (белый шарик), притягивается к отрицательно заряженному участку концевой аминокислоты и связывается с ним. В этом конкретном случае положительный заряд сигнала больше отрицательного заряда аминокислоты. После того как он связывается с белком, на соответствующем конце цепи образуется избыток положительного заряда. Поскольку положительный и отрицательный заряды притягиваются, аминокислоты белковой цепи станут поворачиваться относительно соединяющих их связей так, чтобы положительно и отрицательно заряженные концы сблизились. C демонстрирует переход от конформации А к конформации B. Изменение конформации порождает движение, которое используется для выполнения полезной работы – в частности, для осуществления таких функций, как пищеварение, дыхание и сокращение мышц. Когда сигнал отделяется, белок возвращается к своей предпочтительной вытянутой конформации. Так сигнально-обусловленное движение белковых молекул делает возможными процессы жизнедеятельности.

Окончательная форма, которую принимает молекула белка (ее конформация, как говорят биологи), отражает равновесное расположение ее электрических зарядов. Но если распределение положительных и отрицательных зарядов молекулы изменится, то основа белка тут же начнет изгибаться и приспосабливаться к новой ситуации. Распределение зарядов в белковой молекуле может быть избирательно изменено целым рядом процессов, в частности присоединением других химических веществ (например, гормонов), воздействием ферментов или присоединением ионов и даже воздействием внешних электромагнитных полей – например, тех, что излучаются мобильными телефонами.

Трансформирующиеся белки представляют собой пример еще более впечатляющего конструктивного совершенства, так как их точнейшим образом выверенная трехмерная конфигурация дает им возможность связываться с другими белками. Когда молекула белка встречается с другой физически и энергетически комплементарной белковой молекулой, они соединяются друг с другом примерно так же, как детали обычных механизмов – например, шестеренки в часах.

Разнообразие белков. На рисунке показаны пять различных белковых молекул. Каждой из них свойственна строго определенная трехмерная конфигурация, в точности воспроизводящаяся от клетки к клетке: A – фермент, способствующий усвоению атомов водорода; B – скрученная нить белка коллагена; C – мембранный канал – белок со сквозным отверстием в центре; D – белковая субъединица «капсулы», содержащей вирус; E – ДНК-синтезирующий фермент с прикрепленной спиральной молекулой ДНК.

Рассмотрим еще две иллюстрации. На первой (стр. 74) показаны пять белковых молекул уникальной формы – своего рода молекулярные «шестеренки» клеток. Эти органические «шестеренки» имеют более мягкие края, чем их механические аналоги, но благодаря своей точно выдержанной трехмерной конфигурации они могут надежно сцепляться с другими, комплементарными им белковыми молекулами.

На второй иллюстрации (перед вами) функционирование клетки демонстрируется на примере механических часов. Вверху показан металлический механизм с его шестеренками, пружинами, камнями и корпусом. Поворачиваясь, шестеренка А заставляет поворачиваться шестеренку B, шестеренка В – шестеренку С и так далее.

На следующем рисунке (среднем на стр. 75) на изображение рукотворного механизма для наглядности наложено изображение белковых молекул, увеличенное в миллионы раз. В такой белково-металлической «машине» легко представить себе, как белок 1, поворачиваясь, заставляет вращаться белок 2, а тот, в свою очередь, белок 3.

Осмыслив такую возможность, переведите теперь взгляд на третий рисунок (нижний на стр. 75), где уже нет никаких рукотворных деталей. Прошу! Перед вами – белковая «машина», один из тысяч возможных белковых агрегатов, входящих в состав живой клетки!

Белки цитоплазмы, благодаря совместному действию которых осуществляются различные физиологические функции, группируются в особые агрегаты, называемые каскадами, или биохимическими путями. Эти агрегаты классифицируются по их функциям – например дыхательные каскады, пищеварительные каскады, каскады мышечных сокращений и печально известный энергопроизводящий цикл Кребса – это подлинное бедствие для некоторых студентов, которым приходится запоминать все фигурирующие в нем белковые компоненты и сложные химические реакции.

Можете ли вы себе представить, в какой восторг пришли биологи, когда разобрались в работе белковых машин? В клетке эти механизмы используются для осуществления различных метаболических и поведенческих функций. Периодические движения меняющих свою форму белков, повторяющиеся с частотой нескольких тысяч раз в секунду, – вот что движет жизнью.