К 30-летию издания трехтомника

«МЕТАБОЛИЗМ: СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИЙ И

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ»

I. От правила два-три-четыре» - к закону окисления углерода

Правило «два-три-четыре», о котором шла речь в предыдущей чести, по существу, очень настойчиво указывало на связь между

- тем, насколько уже окислен ОУФ,

- и тем, какой будет энергия его последующего однократного окисления.

Ведь, очевидно, что количество мол. АТФ, образуемых за счёт окисления в метаболите какого-либо ОУФ, так или иначе связано с энергией окисления этого ОУФ.

Откуда можно предположить, что в окислительной реакции энергия тем больше, чем более окислен окисляемый ОУФ.

Хорошо бы проверить эту гипотезу на конкретных цифрах. И заодно выяснить, насколько общей она является.

Наиболее легко было найти данные для метана и продуктов его последовательного окисления; приведённые ниже значения представляют энергию полного окислительного распада вещества до углекислоты и воды:

метан → метанол → формальдегид → муравьиная к-та → диоксид углерода (СО2).

–816 –702 –526 –270 0 (кДж/моль)

Построенный по ним график имеет вид гиперболы, убывающей от точки к точке всё сильней и сиьней.

Обнаружив это, я испытал сильнейший восторг! Ведь, если перейти непосредственно к энергиям каждого окислительного перехода, то получаем идеальное соответствие гипотезе:

метан → метанол → формальдегид → муравьиная к-та → диоксид углерода (СО2).

– 114 –186 –246 –270 (кДж/моль)

Может быть, читатель помнит: в разделе 3.3 я отмечал, что ввел в систему ЭХО (элементарных химических операций) подразделение операций по параметру nh – количеству связей углерода реагирующего ОУФ с гетероатомами.

Ввёл именно в связи с описываемой закономерностью.

В ряду метана этот параметр последовательно меняется от 0 до 4. И тогда на языке системы ЭХО полученная закономерность означает, что

- в рассмотренной непрерывной цепочке окислительных операций по мере увеличения nh реагирующего ОУФ энергия операции неуклонно возрастает (по модулю).

Но пока это – только в одной метановой цепочке. А что в остальных?

Окончательно ответить на этот вопрос я смог только по завершении создания системы ИнкОУФ (инкрементов ОУФ в энергию Гиббса сгорания веществ).

Других цепочек – довольно много. Правда, все они короче метановой: содержат по 2 или 3 операции последовательного окисления исходного углеводородного ОУФ (например, -СН2-).

Так вот, абсолютно во всех цепочках выполнялось то же правило, что и в цепи окислений метана.

Вначале я обозначил это как нелинейный эффект в окислении углерода,

потом – как первый нелинейный эффект (поскольку обнаружились и другие),

а к концу своего исследования, когда осознал всё значение этого феномена для метаболизма, возвёл его в ранг закона – ЗАКОНА ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА.

II. Основополагающий закон метаболизма

Конспективно перечисляю осознанное.

1) Правило «два-три-четыре» можно считать первым следствием данного закона. Напомню, это правило определяет количество молекул АТФ, которое может получить клетка при окислении в метаболите того или иного ОУФ.

А что значит «получить»? Это значит, что в клетке должны присутствовать механизмы, способны учитывать энергетические возможности разных типов окисления.

2) Анаэробная жизнь: многие формы этой жизни обязаны своим существованием тому же закону. Да, у анаэробов не происходят чисто окислительные реакции и кислород не используется.

Но, как правило, источником энергии служат процессы, сочетающие окисление одного типа и восстановление другого типа. Более конкретно, в операции окисления должно высвобождаться энергии больше (по модулю), чем поглощается в операции восстановления.

А такая возможность возникает только благодаря энергетической неэквивалентности окислений разного типа, о чём и гласит закон окисления углерода.

Пример: широко известный гликолиз – распад глюкозы на две молекулы молочной кислоты (лактата). Этот в целом неокислительный процесс содержит

- два окисления ОУФ с nh =2, дающие примерно по –250 кДж/моль,

- и два таких восстановления, которые обратны окислениям с nh=0 и поэтому поглощают примерно по +150 кДж/моль.

Итог – высвобождение части энергии глюкозы:

(-250 +150)×2 = -200 кДж/моль.

Обобщая, можно сформулировать правило экзергоничности для сложных реакций вида (ЭХО О + ЭХО О): эти операции экзергоничны, если в реакции показатель nh окисляющегося ОУФ выше аналогичного показателя того ОУФ, в который переходит восстанавливающийся ОУФ.

3) ЭХО С. Для операций разрыва связи С-С тоже обнаружена чёткая термодинамическая закономерность. В этих операциях участвуют два ОУФ, и у одного показатель nh возрастает на единицу, а у второго он остаётся прежним.

Так вот, правило разрыва связи С-С состоит в том, что из двух вариантов разрыва этой связи между ОУФ с разными значениями nh термодинамически выгодней такой вариант, в котором nh возрастает у ОУФ с бóльшим значением этого показателя.

Утомлённый читатель может поверить мне на слово, что это правило – тоже следствие закона окисления углерода.

4) Остальные следствия этого закона перечисляю уже не конспективно, а скороговоркой:

а) правило отбора для метаболизма реакций окисления,

б) принцип минимизации общего количества разных реакций окисления в метаболизме,

  • правила отбора реакций разрыва связи С-С и обратных им реакций образования связи С-С для метаболизма.

Вот эти многочисленные следы, оставленные в метаболизме законом окисления углерода, и подтверждают его полное право на данный титул.

III. Заключение

Конечно, я не мог в нескольких небольших публикациях осветить в полной мере все идеи, находки и все тёмные места своей трехтомной монографии «Метаболизм: структурно-химический и термодинамический анализ».

Но и сказанного, вроде бы, достаточно для возбуждения интереса к этой работе.

Но это лишь «вроде бы».

Сколько раз я пытался донести до мира открывшуюся мне гармонию метаболизма!

1) Несколько статей для отечественных и зарубежных научных журналов.

2) Само издание монографии за свой счёт в 1988 году, выступления в научных институтах, две апробации и защита её в качестве докторской диссертации.

3) Неоднократные попытки опубликовать монографию на иностранном языке в зарубежных издательствах.

4) Краткое изложение того труда в разделе VI моей следующей большой книги – трёхтомника «Аналитическая биохимия» (1996 г.).

5) Популярные статьи…

Всё – почти впустую, на ветер, в никуда…

Да, докторскую степень и профессорскую должность, благодаря этой работе, я получил.

Но ведь не только ради хлеба насущного… и не столько…

– Тень глубокая, накрывающая всё целиком…

Что ж, так бывает.

То ли это, действительно, не нужно ни сейчас, ни потом – как это случается с большинством докторских диссертаций.

То ли время ещё не пришло. А придёт ли, узнать уже не суждено.

Я не жалуюсь. Я только констатирую, как на данный момент обстоят дела с моим первым научным детищем.