К 30-летию издания трехтомника

«МЕТАБОЛИЗМ: СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЙ И

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ»

I. Оказывается, я – единственный специалист

по теме своего исследования

Что же такое содержалось (и содержится) в книге «Метаболизм: структурно-химический и термодинамический анализ»? – Такое, что не позволяло практически ни одному специалисту (за очень редким исключением) составить определённое суждение о содержании и ценности этой книги?

Причем, это касается не только отечественных, но и зарубежных ученых. Несколько моих попыток опубликовать книгу за границей всякий раз наталкивались на то же самое: издатели не могли отыскать рецензента, который бы счёл себя компетентным дать недвусмысленное заключение: хороша книга или плоха. И опять шла в ход фраза-выручалочка: «Не по профилю издательства».

Выходило, что по теме моего теоретического исследования в мире нет иных специалистов, кроме меня самого (ну и, с натяжкой, ещё двух-трёх лиц).

Это получилось как-то само собой. После аспирантуры и защиты кандидатской диссертации на тему «Изучение метилирования ДНК у животных» у меня не было ни малейших сомнений в том, что я и дальше буду заниматься вопросами молекулярной и клеточной биологии. Так, я заинтересовался сперматогенезом и начал по этой теме большую экспериментальную работу.

Но параллельно с этим, у меня было ещё два дела: в порядке получения второго образования я заканчивал физический факультет МГУ, а в порядке обучения студентов родного Первого меда вел в двух группах практические занятия по биохимии.

При такой комбинации, думаю, у любого рано или поздно возник бы вопрос: а нельзя ли биохимические знания привести к строгой форме, подобной физическим теориям?

Вот он у меня и возник – в мае 1979 года.

Более конкретно, вопрос сводился к следующему. Почему мы заставляем студентов запоминать множество биохимических реакций разных путей метаболизма, но при этом сами даже не задумываемся, отчего для того или иного пути выбраны именно эти реакции, а не какие-нибудь иные?

Первые же мои попытки ответить на данный вопрос убедили меня, что тут есть, над чем подумать, а главное, что это может привести к очень любопытным обобщениям. Сформулировав которые, затем можно будет, как в физике и химии, делать те или иные предсказания.

А ведь что может быть заманчивей для честолюбивого молодого ученого, чем надежда открыть закон (желательно, периодический) и делать на его основе удивительные и вместе с тем надёжные предсказания?!

В то же время нельзя сказать, что я сразу отставил все другие дела в сторону и вплоть до издания «Метаболизма…» больше ничем не занимался. Нет, шли эксперименты по сперматогенезу, одновременно я писал вариант за вариантом упоминавшегося выше учебного пособия по биохимии. А в промежутках отвлекался поразмышлять над своей теорией метаболизма.

И после каждого такого размышления

- к прежним обнаруженным закономерностям присоединялись новые,

- множество анализируемых путей и реакций становилось шире,

- а форма изложения всего этого становилась все более строгой, т.е. количество слов (в расчете на один описываемый факт) уменьшалось за счёт использования математических символов и формул.

.

Так что, когда я осенью 1986 года приступил непосредственно к написанию обсуждаемой книги, у меня уже сложилась целостная картина всей конструкции, и оставалось только её последовательно описать.

В результате получился необычный гибрид целого ряда естественных наук.

Почему необычный? Ведь давно известны дисциплины, возникшие на стыке (лучше сказать, пересечении, ∩) двух или трёх основных наук. Вот далеко не полный их перечень:

Физика ∩ химия → физическая химия;

Биология ∩ химия → биохимия;

Биология ∩ физика → биофизика;

Биология ∩ (физика ∩ химия) → биофизическая химия.

Стрелки, а не равенства, здесь стоят потому, что каждая смежная дисциплина – это много больше, чем просто общие объекты и явления исходных наук. На пересечении наук часто рождается качественно новые знания, которые и составляют содержание смежных наук.

Так вот, в моём случае классическая физика и классическая биохимия пересеклись (наложились друг на друга) так, что результат, представленный в трёхтомнике «Метаболизм..», неожиданно оказался новым для всех перечисленных (и не перечисленных) смежных наук.

Поэтому

- биохимикам казалось, что моё исследование относится к биофизике,

- биофизики отсылали меня к физической (или биофизической) химии,

- а физико-химики склонялись к мнению, что всё-таки, скорее, это биохимия.

В ВАКе данный вопрос больше года решали целых пять специализированных советов. Наконец приняли волевое решение, что это биофизика. Так записано в моём дипломе доктора биологических наук.

Добавлю для полноты картины, что диссертационный Ученый совет, на котором я защищал свою диссертацию (в виде опубликованной монографии), присудил мне степень доктора физико-математических наук (по специальности «биофизика»).

Слава богу, что эти – по большому счёту, весьма далёкие от меня – науки были заменены ВАКом в моём дипломе, как я уже сказал, на гораздо более близкие мне науки биологические.

Тем не менее, какие «бирочки» ни вешай на книгу «Метаболизм…» и на меня лично, условность их всех очевидна.

II. Метаболизм на языке химических операторов.

Система ОУФ (одноуглеродных фрагментов)

Превращение одного метаболита в другой – это изменение структуры какой-то части молекулы. Не вдаваясь в детали, скажу лишь, что я поставил своей первой целью научиться описывать изменения молекулярной структуры на языке химических операторов.

Этот язык нужен для того, чтобы формализовать поиск и запись альтернативных вариантов любой реакции.

Понятие «операторы» очень широко используется в математике и физике. По сути, это функции, определяющие преобразование некоторой величины (аргумента).

Простейший математический пример оператора: sin a, где 0 ˂ а ˂ π/2.

Он означает, что величина а преобразуется в синус угла, равного а.

Так, если а = π/6 = 0,523(3), то преобразование – не очень значительное: в 0,500.

А если а = π/3 = 1,046(6), то преобразование – более существенное: в 0,865.

Чтобы ввести химические операторы, мне надо было вначале определить,

- во-первых, что я буду понимать под аргументом, и,

- во-вторых, какие конкретно операции возможны с этими аргументами.

Я чувствую, читатель, что начинаю погружаться (и погружать вместе с собой и вас) в первое из миллиона крайне необходимых пояснений.

Но без этого пояснения точно никак не обойтись. Поэтому наберите, читатель, побольше воздуха и… Пошли!

• вот, в основу решения обеих задач я положил принцип одноуглеродных фрагментов (ОУФ). Этот принцип означает, что молекула любого низкомолекулярного метаболита состоит исключительно из ОУФ.

Или так, почти по всем известному образцу:

«В молекуле нет ничего, кроме ОУФ, и Мушкамбаров – пастырь их».

Всё это означает, что молекула разбивается на фрагменты, содержащие по одному атому углерода, а каждый прочий атом включается в состав того ОУФ, с углеродом которого он связан.

Условно говоря, ОУФ – это «детали», из которых складываются метаболиты. Условность же – в том, что большинство таких «деталей» в отдельном виде просто не существует. А те, которые существуют (одноуглеродные соединения), ни с каким ОУФ не могут связаться, не превратившись при этом в другой ОУФ.

Но смею заверить, что условность понятия ОУФ не лишает его (это понятие) огромной ценности при анализе метаболических превращений.

Почему я произвёл себя в пастыри ОУФ?

Потому что, переходя о метаболита к метаболиту, я выписал все виды встречающихся в них ОУФ и, как пастырь, собрал все ОУФ вместе. А их оказалось ни много, ни мало около 150 штук.

Собрав же, я распределил ОУФ по «загончикам» – а именно, по 10 табличкам-матрицам сходной структуры - и получил первую систему – систему ОУФ. Между прочим – имеющую матрично-периодическую структуру.

Вот эти-то ОУФ я и принял за аргументы искомых химических операторов. Это резко упростило задачу составления системы операторов.

Как у вас с воздухом, читатель? Плоховато? Хочется побыстрее на поверхность? Давайте, отдышитесь. Ещё один такой заход – и за ним мы попадём в спасительную, столь желанную, тень.

Но пока мы на свету. Продолжу в следующем посте.