Значимость белка

Почти все составные целые нашего обычного опыта построены из очень простых элементов: камни, кирпичи, дерево, бумага, одежда и другие материалы, из которых состоят обычные объекты, формируются посредством повторения большого числа очень простых химических субстанций. Насколько мы знаем химическое строение самой земли, мы до известной степени уверены, что разновидности молекул ее внутренних, так же как и внешних слоев сравнительно немногочисленны и сравнительно просты. Живые тела составляют поразительное исключение из этого правила, поскольку во все живое входят белки и нуклеиновые кислоты, химическое строение которых невероятно сложно. В отличие от большинства неорганических соединений, содержащих только три или четыре различных элемента, белки содержат почти все известные элементы. В них неизменно присутствуют не только углерод, азот, кислород и водород, но содержатся также разнообразные формы железа, фосфора, магния, натрия, кремния, серы, кальция, хлора, йода, лития и брома. Белки, как они существуют в живом организме, не могут изучаться химически. Мы можем знать только продукты деструкции – такие, как полипептиды – которые очень сложны, но, тем не менее, на несколько стадий проще полной сложности белка, как он существует в живой ткани.

Сумма субстанций, известная как белок, обладает внутренним разнообразием, которое, на шкале земных феноменов, буквально неистощимо. Благодаря своей изменчивости белки могут служить "носителями паттерна" для всех бесчисленных органических видов – одноклеточных, растений и животных. Необходимо подчеркнуть меру этой изменчивости. Белок столь сложен, что хотя много миллионов различных белковых структур присутствует в живом организме, это составляет исчезающе малую часть общего числа белков, которые химически возможны. Даже столь простой белок, как состоящий из двадцати аминокислот – причем каждая встречается только одни раз – дает 2 400 000 000 000 000 000 различных соединений, содержащих одни и те же аминокислоты, в тождественных пропорциях, и отличающихся только своим пространственным расположением.

Одно простое соображение должно убедить нас, однако, в том, что значимость белков не ограничивается их химическими реакциями. Каждый из множества видов, существующий в органической жизни на земле, имеет свой характерный состав белков. Там, где виды существовали миллионы лет, эти белки воспроизводились неизменными в бесконечных поколениях. Вечностный характер белковых структур не мог бы получить более сильного подтверждения. Это произвело столь сильное впечатление на Гортнера, что он, касаясь изомерии протеинов, выделил курсивом:

" Наверное, нельзя дать более поразительной иллюстрации точности, с которой жизненные реакции регулируются в живой протоплазме, чем факт, что в течение неисчислимых поколений данный организм репродуцирует в белках ту же структурную конфигурацию, которая характеризует организм. Факт, что каждый вид имеет свой набор белков, неудивителен. Удивительно, что Природа способна управлять синтезом белков в пределах одного вида так, что одни и те же белки синтезируются всеми членами вида " [30].

Чтобы понять высокую значимость гипархической чувствительности белка, нужно увидеть, насколько мала вероятность – с точки зрения химической термодинамики – чтобы сочетание элементов, присутствующее в данной молекуле белка, появилось когда-либо еще хоть один раз. Возникновение простейшего белка зависит от ряда химических реакций, которые не удается полностью воспроизвести даже в биохимической лаборатории. Тем не менее, там, где есть жизнь, эти в высшей степени невероятные реакции не только происходят, но и неизменно удовлетворяют точно регулируемому паттерну, который одинаков для каждого вида и даже для каждого генотипа.

"Особенность химии живой материи не в том, что характерные для нее реакции новы, а в том, что в беспорядке обычных жидких систем их возникновение почти исчезающе невероятно. Там, где есть жизнь, существуют условия, которые делают их правилом. … Силы, которые определяют относительное положение смежных молекул белка и таким образом влияют на их поведение – нечто, не имеющее аналогии с ростом кристаллов в насыщенном растворе".

Мы сталкиваемся с двумя примечательными фактами. Первый – специфическое развитие индивидуальных живых целых, второй – специфическое строение белков. Эти факты накладывают определенные ограничения на происхождение жизни, с одной стороны, и на способ, каким индивидуальные организмы возникают и развиваются, с другой. Легко видеть, что эти факты не могут удовлетворительно рассматриваться в категориях причины и следствия, или цели и ее реализации. Более того, жизнь ни случайна, ни детерминирована, и все же мы не можем обнаружить на простейших уровнях никаких следов сознательного управления ни изнутри, ни извне. Витализм и механицизм одинаково неудовлетворительны. Все старые категории объяснения разбиваются, и только признав это, мы можем начать заново.

Если мы, однако, откажемся от старых категорий в пользу чувствительности, повторения, структуры и индивидуальности, и примем их как предельные и не подлежащие дальнейшему анализу, это будет голословным утверждением, основывающим все объяснение на привлекаемых необъясненных категориях. Это возражение было бы оправданным, если бы дело не касалось метода последовательного приближения, который привел нас к порогу жизни с некоторым пониманием первых четырех категорий – целостности, полярности, соотнесенности и субсистенции. Вторая тетрада поддерживается первой, и хотя ее категории ультимативны, они не произвольны. Понятие паттерна может быть описано в терминах первых четырех категорий, а именно паттерн делает жизнь возможной. Возникновение жизни в результате случайного сочетания элементов даже под действием излучения высокой интенсивности невероятно до немыслимости, и все же такие сочетания должны были иметь место, и лишь понятие паттерна в вечности может примирить невероятности.

Последние исследования строения белков, по-видимому, подтверждают взгляд, что они возникают и могут существовать в природе постольку, поскольку они представляют паттерн чувствительности, повторения и структуры. Есть много доводов в пользу того, что молекула белка имеет спиральную структуру, которая является видимым проявлением, соответствующим связи повторяющихся элементов в гипарксисе. Пары атомов водорода, удерживающие вместе противоположные группы в структуре белка, находятся в том же по чувствительности состоянии, как и пары атомов в молекуле водорода. Есть, однако, принципиальное различие, состоящее в том, что чувствительность водородного поля в белках имеет собственный паттерн и структуру, которые делают возможной всю сложную организацию жизни.

Мы можем наблюдать, что когда белки синтезируются в подходящей среде, строительными материалами являются сравнительно простые аминокислоты и другие органические комплексы, которые должны быть поставлены в точно определенные положения и ориентации, поскольку и то и другое необходимо, чтобы дать молекуле ее собственный специфический характер. Мы можем понять организующий паттерн в вечности, но его влияние на упорядочивающий процесс во времени зависит от гибкого соединения того рода, который происходит только в чувствительном состоянии хилэ в гипарксисе.

Далее, мы должны помнить, что единичная белковая молекула сама по себе не жива и не способна к жизни. Белки начинают жить в массовом коллоидном состоянии, когда присутствуют значительные потенциальные градиенты. Когда мы хотим изолировать белки или экспериментировать над ними, мы неизбежно должны разрушить этот потенциальный энергетический градиент, а то, что остается – это уже не материал жизни.