Случайность и необходимость - Жак Моно
Во избежание недопонимания я бы хотел пояснить следующее. Говоря, что живые существа как класс непредсказуемы на основании первых принципов, я никоим образом не имею в виду, что они не объяснимы через эти принципы – что они каким-то образом выходят за их рамки и что для их интерпретации требуются совершенно иные принципы, применимые только к живым системам. На мой взгляд, биосфера непредсказуема по той же причине – ни больше, ни меньше, – по какой непредсказуема определенная конфигурация атомов, составляющих камешек, который я держу сейчас в руке. Никто не станет хулить универсальную теорию за то, что она не утверждает и не предвидит существования данной конкретной конфигурации атомов; вполне достаточно, чтобы этот объект, уникальный и реальный, был совместим с теорией. Согласно теории, этот объект не обязан существовать, но имеет на это право.
Этого достаточно, если речь идет о камешке, но не о нас самих. Мы хотим считать себя необходимыми, неизбежными, предопределенными самой вечностью. Все религии, почти все философии и даже часть науки свидетельствуют о неустанных, титанических усилиях человечества, кои оно предпринимает в отчаянном стремлении опровергнуть собственную случайность.
III
Демоны Максвелла
Белки как молекулярные агенты структурной и функциональной телеономии
Понятие телеономии подразумевает идею целенаправленной, согласованной и конструктивной деятельности. Исходя из этих стандартов, белки следует рассматривать как важнейшие молекулярные агенты телеономических процессов в живых существах.
1. Живые существа суть химические машины. Рост и размножение всех организмов требуют осуществления тысяч химических реакций, в ходе которых вырабатываются основные компоненты клеток. Данный процесс называется метаболизмом и протекает множеством дивергентных, конвергентных и циклических «путей», каждый из которых включает определенную последовательность реакций. Точную регулировку и высочайшую эффективность этой колоссальной, но микроскопической химической активности обеспечивают ферменты – особый класс белков, играющих роль специфичных катализаторов.
2. Как и любая машина, каждый организм, вплоть до самого «простейшего», представляет собой согласованное и интегрированное функциональное единство. Совершенно очевидно, что функциональная согласованность столь сложной, но вместе с тем автономной химической машины невозможна без кибернетической системы, управляющей и контролирующей химическую активность на разных стадиях данного процесса. Что касается высших организмов, мы еще крайне далеки от полного понимания устройства этой системы. Однако многие ее элементы уже известны. Во всех этих случаях основными агентами выступают так называемые регуляторные белки, действующие, в сущности, как детекторы химических сигналов.
3. Организм – самоконструируемая машина. Его макроскопическая структура не навязана ему внешними силами. Она формирует себя автономно, посредством конструктивных внутренних взаимодействий. Хотя наши представления о механизмах развития далеко не полны, в настоящее время мы можем с уверенностью утверждать, что эти конструктивные взаимодействия по своей природе микроскопические и молекулярные, и что большинство (если не все) участвующие в них молекулы относятся к классу белков.
Эти белки регулируют работу химической машины, обеспечивают ее согласованное функционирование и связывают ее в единое целое. Все эти телеономические функции обусловлены так называемыми стереоспецифичными свойствами белков, то есть умением «распознавать» другие молекулы (включая другие белки) по их форме, определяемой присущей им молекулярной структурой. Иными словами, белки обладают микроскопической различительной (если не «когнитивной») способностью. Можно сказать, что любая телеономическая функция или структура в живом существе – какой бы она ни была – поддается, по крайней мере в принципе, анализу сквозь призму стереоспецифичных взаимодействий, включающих один, несколько или множество белков[13].
Именно от структуры, от формы конкретного белка зависит стереоспецифичная различительная способность, составляющая его функцию. В той мере, в какой мы можем проследить происхождение и эволюцию этой структуры, мы опишем происхождение и эволюцию телеономических процессов, в которых она задействована.
В настоящей главе мы обсудим каталитическую функцию белков, в главе IV – регуляторную, а в главе V – конструктивную. Проблема происхождения функциональных структур будет рассмотрена в этой и следующей главах.
Чтобы изучить функциональные свойства белка, не обязательно обращаться к деталям его особой структуры. (На сегодняшний день мы располагаем достаточно подробными сведениями о трехмерной структуре всего пятнадцати белков.) Однако следует помнить несколько важных фактов.
Белки – очень крупные молекулы с молекулярной массой от 10 000 до 1 000 000 дальтон и более. Эти макромолекулы образуются путем последовательной полимеризации так называемых аминокислот – органических соединений, молекулярная масса которых составляет около 100 дальтон. Следовательно, каждый белок содержит от 100 до 10 000 аминокислотных остатков. Эти остатки, однако, происходят всего из двадцати химических соединений[14], которые встречаются во всех живых существах, от бактерий до человека. Одинаковость состава – одно из самых убедительных свидетельств того, что все удивительное многообразие макроскопических структур живых существ в действительности зиждется на базовом и не менее удивительном единстве микроскопических компонентов.
На основании общей формы белки можно разделить на два основных класса:
1. Так называемые фибриллярные белки представляют собой очень длинные молекулы, которые у живых существ играют в основном механическую роль, подобно снастям на парусном судне; хотя свойства некоторых из этих белков (обнаруженных в мышцах) представляют большой интерес, здесь мы вынуждены воздержаться от их обсуждения.
2. Так называемые глобулярные белки намного многочисленнее и, в силу своих функций, более интересны; цепочки таких белков, образованные последовательной полимеризацией аминокислот, сворачиваются чрезвычайно сложным образом, придавая молекулам компактную псевдосферическую форму.
Даже простейшие организмы содержат огромное количество разных белков. Так, у бактерии Escherichia coli (весом 5х10–13 грамм и длиной примерно 2 микрона) их насчитывается около 2500 ± 500. У высших млекопитающих, таких как человек, это значение достигает порядка одного миллиона.
* * *
Каждую из тысяч химических реакций, содействующих развитию и функционированию организма, избирательно запускает особый белок-фермент. Незначительно упрощая, можно сказать, что любой фермент проявляет свою каталитическую активность только на одной, строго определенной стадии метаболизма. Прежде всего, именно своей необычайной избирательностью ферменты отличаются от небиологических катализаторов, используемых в лаборатории или в промышленности. Некоторые из последних чрезвычайно активны – даже в очень малых количествах они способны значительно ускорять различные реакции. Тем не менее по специфичности действия ни один них не может сравниться с самым обычным ферментом.
Эта специфичность проявляется двояко:
1. Каждый фермент катализирует только один тип реакции[15].
2. Хотя в организме обычно присутствует множество соединений, способных вступать в реакции такого типа, фермент, как правило, активен только в отношении одного из них.
Чтобы прояснить эти положения, рассмотрим несколько примеров. Фермент фумараза катализирует реакцию гидратации фумаровой кислоты в яблочную. Эта реакция обратима; иными
