Происхождение жизни

Наряду с этим для ферментов весьма характерна строгая специфичность их действия.

Причина этого лежит в особенностях каталитического действия белков. Изменяющееся в процессе обмена органическое вещество (субстрат) прежде всего вступает на очень короткий срок в комплексное соединение с соответствующим белком — ферментом. Этот комплекс является неустойчивым. Он очень быстро подвергается дальнейшему превращению, причем субстрат изменяется в соответствующем направлении, а фермент регенерирует и может опять вступить в комплекс с новой порцией субстрата.

Таким образом, для того чтобы любое вещество живой протоплазмы реально участвовало в обмене веществ, оно должно войти во взаимодействие с белком, образовать с ним определенное комплексное соединение. В противном 'случае его химические возможности будут реализовываться настолько медленно, что это не будет иметь никакого значения для бурно протекающего процесса жизни. В силу этого то направление, в котором изменяется в обмене веществ любое органическое соединение, зависит не только от молекулярного строения этого соединения, от присущих ему химических возможностей, но и от специфичности ферментативного действия тех протоплазменных белков, которые вовлекают это соединение в общий обмен веществ.

В ферментах живая материя имеет не только мощные ускорители химических процессов, но и тот внутренний химический аппарат, при помощи которого эти процессы направляются по вполне определенным рельсам. В силу чрезвычайно тонкой специфичности ферментных белков каждый из них может образовывать комплексы только с определенными веществами и катализировать только строго определенные индивидуальные реакции. Поэтому в осуществлении того или иного жизненного процесса, а тем более всего обмена веществ в целом, участвуют сотни и тысячи отдельных белков — ферментов. Каждый из них способен специфически катализировать только лишь отдельную реакцию, и только в совокупности, в определенном сочетании своего действия они создают тот закономерный порядок явлений, который лежит в основе обмена веществ.

Пользуясь выделенными из живого организма ферментами, мы можем в лабораторных условиях в изолированном виде воспроизводить отдельные биохимические реакции, отдельные звенья обмена веществ. Это позволяет нам распутывать сложный клубок химических пре:вращений обмена, где сплетаются тысячи индивидуальных реакций. Таким путем мы можем расчленять обмен на отдельные составляющие его химические этапы, анализировать не только вещества живой материи, но и совершающиеся в ней процессы. Таким путем А. Н. Бахом, В. И. Палладиным и последующими учеными было показано, что в основе такого типичного для жизни процесса, каким является дыхание, лежит ряд сменяющих друг друга в строго определенном порядке реакций окисления, восстановления и пр., каждая из которых катализируется своим специфическим ферментом. То же самое было установлено С. П. Костычевым, А. Н. Лебедевым и другими авторами в отношении химизма брожения.

В настоящее время мы от анализа жизненных процессов уже перешли к их воспроизведению, к синтезу. Так, смешивая в водном растворе в строго определенной комбинации около двух десятков различных выделенных ферментов, мы можем воссоздать явления спиртового брожения. В таком растворе целого комплекса индивидуальных белков превращение сахара осуществляется в том же закономерном порядке, как и в живых дрожжах, хотя здесь, конечно, отсутствует какая-либо клеточная структура.

В данном случае этот порядок определяется известным качественным составом ферментной смеси. Однако в организме происходит и строго количественная регулировка каталитического действия белков. Она основывается на исключительной чувствительности ферментов к различного рода воздействиям. Собственно, нет такого физического или химического фактора, нет такого органического вещества или неорганической соли, которые так или иначе не влияли бы на ход ферментативных реакций. Всякое повышение или понижение температуры, всякое изменение кислотности среды, окислительного потенциала, солевого состава или осмотического давления смещает соотношение между скоростями отдельных ферментативных реакций и, следовательно, изменяет их взаимосвязь во времени. В этом лежат предпосылки того характернейшего для жизни единства между организмом и средой, которое получило всестороннее научное обоснование и развитие в трудах И. В. Мичурина.

В клетках современных организмов очень большое влияние на порядок и направление лежащих в основе обмена ферментативных реакций имеет и пространственная организация живого вещества.

Белковые частицы объединяются между собой, могут отслаиваться от общей массы раствора в виде разнообразных, весьма подвижных протоплазменных структур. На поверхности этих структур сосредоточиваются многие ферменты.

Исследования Института биохимии Академии наук СССР показали, что в зависимости от степени связывания ферментов протоплазменными структурами коренным образом изменяется не только скорость, но и направленность ферментативного действия. Это еще более повышает связь обмена с условиями внешней среды. Очень часто то или иное воздействие, которое само по себе не оказывает заметного влияния на работу изолированных ферментов, коренным образом смещает равновесие между распадом и синтезом, так как это воздействие изменяет связывающую способность весьма чувствительных в этом отношении белковых структур протоплазмы.

Итак, в основе характерного для организации протоплазмы порядка лежат химические свойства веществ, участвующих в построении живой материи. Большое разнообразие этих веществ и их исключительная способность к химическим реакциям таят в себе возможности бесчисленных химических изменений и превращений. Но в живой протоплазме эти превращения регулируются целым рядом внутренних и внешних условий: наличием известного набора ферментов, их количественными соотношениями, кислотностью среды, окислительно-восстановительным потенциалом, коллоидными свойствами протоплазмы, ее структурой и т. д. Каждое вновь возникающее в протоплазме вещество, каждая отслаивающаяся от общей массы протоплазмы структура изменяет скорость и направление тех или иных химических реакций, а следовательно, влияет и на весь порядок жизненных явлений в целом.

Получается круг чрезвычайно тесно связанных между собой взаимопроникающих явлений. Свойственный живой протоплазме закономерный порядок химических реакций приводит к возникновению определенных веществ, известных физических и химических условий и тех или иных структур. Но все эти явления — определенный состав протоплазмы, ее свойства и строение — в свою очередь, раз возникнув, начинают выступать как факторы, определяющие, скорость, направленность и взаимосвязь происходящих в протоплазме реакций, а следовательно, и тот закономерный порядок, который породил этот состав и структуру протоплазмы.

Но что особенно важно, что принципиально отличает живые организмы от всех других систем неорганического мира,— это присущая жизни определенная направленность, целеустремленность указанного выше порядка. Многие десятки и сотни тысяч химических реакций, совершающихся в живой протоплазме, не только строго согласованы между собой во времени, не только гармонично сочетаются в едином порядке, но и весь этот порядок направлен к единой цели—к постоянному самосохранению и самовоспроизведению всей живой системы в целом, в закономерном согласовании с условиями окружающей среды.

Именно поэтому протоплазма является динамически устойчивой системой, и, несмотря на постоянно идущий в ней распад (диссимиляцию), она из поколения в поколение сохраняет .свойственную ей организацию. Все отдельные звенья этой организации могут быть изучены и поняты нами на основе физических и химических закономерностей.

Мы можем таким путем установить, почему в протоплазме возникает то или иное определенное вещество или определенная структура и как это вещество или структура влияет на скорость и последовательность химических реакций, на соотношение между синтезом и распадом, на рост и формообразование организмов и т. д.

Но на основании одних только указанных закономерностей, одного только изучения протоплазмы в том виде, как она существует ныне, мы никогда не будем в состоянии ответить на вопрос, почему весь этот жизненный порядок является таким, как он есть, таким «целесообразным» (согласованным с условиями окружающей среды). Для ответа на эти вопросы необходимо изучение материи в ее историческом развитии. Жизнь возникла на пути этого развития как новая, более сложная форма организации материи, организации, подчиняющейся закономерностям более высокого порядка, чем те, которые царят в неорганической природе.