К 30-летию издания трехтомника

«МЕТАБОЛИЗМ: СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЙ И

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ»

I. Инкременты ОУФ как волшебная палочка анализа

Напомню: к термодинамике, уважаемый читатель, мы обратились после того, как в конце раздела 3.3 я сообщил о решающей роли описанных там систем ОУФ (одноуглеродных фрагментов) и ЭХО (элементарных химических операций) не только в структурно-химическом, но и в термодинамическом анализе метаболизма.

Да, приведение термодинамики в «контакт» именно с этими «горючими субстратами» проявилось фейерверком ярких закономерностей.-

Правда, не сразу, а после соответствующей работы с моей стороны.

а) Так, система ОУФ позволила перейти к оценке вклада, или инкремента, каждого ОУФ в энергию Гиббса того или иного содержащего его вещества.

Это – составление третьей системы – системы инкрементов ОУФ (системы ИнкОУФ) – явилось самым важным и трудоёмким этапом всего исследования.

Я собрал сведения о термодинамических характеристиках нескольких сотен органических веществ и реакций. Причём, большей частью это были просто органические вещества и реакции, не имеющие отношения к нашему метаболизму.

И я последовательно подвергал эти характеристики варварской процедуре – путём сопоставления энергии веществ, отличающихся по одному-двум ОУФ, пытался расчленить эти энергии на части, соответствующие отдельным ОУФ каждого вещества.

Варварская эта процедура потому, что, в принципе, энтропийный компонент энергии Гиббса не полагается делить по частям молекулы: энтропия зависит и от общей структуры молекулы.

Но этот момент я тоже учитывал. Поэтому, в конечном счёте, моя система инкрементов включала не только основные значения почти для каждого из 150 ОУФ, но и несколько десятков поправок на общую геометрию молекул, на природу соседних ОУФ, на ионизацию и т.д. и т.п.

б) Потом, зная инкременты всех ОУФ и учитывая необходимые поправки, уже нетрудно было найти энергию любого вещества.

Что я с удовольствием сделал, предсказав без единого эксперимента энергии сгорания сотен метаболитов, для которых они не были известны.

в) А по энергии веществ не более сложно было оценить энергию любой реакции, где эти вещества являются реагентами и продуктами.

И тут я тоже постарался на ниве предсказаний, вычислив энергии многочисленных реакций – причём, не только существующих в метаболизме, но и всевозможных их гипотетических вариантов.

Конечно, здесь тоже использовалась определённая стандартизация. Но она не столь принципиальна и вряд ли чрезвычайно интересует читателя. Он же ждёт новых драм, а не детального отчёта.

Так вот, очередной драматизм ситуации состоит в том, что до сих пор я не знаю ни единого экспериментального исследования (хотя, может быть, таковые и проводились), которое позволило бы сопоставить рассчитанные мною энергии веществ и реакций с действительными значениями.

Иными словами, ничего ещё не подтверждено. И, следовательно, вроде бы неясно: со щитом я или на щите?

  • как бы то ни было, надо отдать должное системе ОУФ: благодаря ей, появились ещё две системы – ЭХО и ИнкОУФ, которые, столкнувшись друг с другом, и высекли уже упомянутый фейерверк, многое высветивший в метаболизме.

II. От правила – к формуле расчёта АТФ

...Нет, всё-таки, пожалуй, я вернулся из «хождения в метаболизм» со щитом. По крайней мере, то, что названо мною «законом окисления углерода», артефактом быть не может.

Я упоминал, что кое-какие интересные закономерности обнаружились уже в самом начале моей «метаболической» эпопеи. Так, учебники сообщали, что в одних случаях окисления веществ в клетке образуются 2 молекулы АТФ, в других – 3, а ещё в других – фактически 4 молекулы АТФ (точнее, 4 макроэргические связи).

Вскоре стало ясно, что

- при окислении в метаболите углеводородного ОУФ до спиртового образуется не более 2-х АТФ,

- при окислении спиртового ОУФ в кетонный (альдегидный) – до 3-х мол. АТФ,

- а при окислении альдегидного ОУФ в карбоксильный – до 4-х условных АТФ.

Уяснив это, я немедленно включил правило «два-три-четыре» в соответствующую главу своих «Таблиц и упражнений по биохимии». И там же привёл следующую из этого правила формулу расчёта общего количества молекул АТФ, образующихся при полном окислительном распаде произвольного метаболита.

Данный расчёт исходил лишь из структурной формулы метаболита. То есть, посмотрел на химическую формулу, подсчитал, сколько в ней углеводородных, спиртовых, альдегидных (кетонных) и карбоксильных ОУФ, подставил эти количества в простенькую математическую формулу – и получай результат.

Например, вклад одного ОУФ в общий результат должен составить:

- для углеводородного ОУФ – 2+3+4=9 мол. АТФ,

- для спиртового ОУФ – 3+4=7 мол. АТФ,

- а для альдегидного (кетонного) ОУФ – 4 мол. АТФ

Трудно даже сказать, какой силой больше обладала эта формула – обобщающей или предсказательной.

- Для многих метаболитов ответ уже был известен – здесь формула всё прекрасно обобщала.

- Для метаболитов же с неизвестным результатом – она его предсказывала.

Затем, в третьем томе «Метаболизма..», я с неожиданной для себя математической виртуозностью получил более совершенный вариант этой формулы, учитывающий ряд дополнительных обстоятельств.

Но это было, скорее, пижонство: первый вариант, весьма простой, давал, как я уже сказал, вполне приличные результаты.

Чёрная-чёрная тень: тот первый вариант формулы, помещённый в «Таблицы и упражнения», послужил одним из оснований запрета издавать эту книгу массовым тиражом: «Для студентов – слишком сложно».

Но эта тень совершенно меркнет и исчезает на фоне того закона, на который навели меня правило «два-три-четыре» и простейший вариант злополучной формулы.