Институт биологической физики АН СССР, Пущино-на-Оке

Физический, факультет МГУ

Кинетические и конформационные биохимические колебания

Условно можно разделить химические и биохимические колебательные процессы на две группы: «кинетические» (регуляционные) и «конформационные».

К первой группе относятся процессы, периодический ход которых обусловлен кинетическими механизмами — определенным соотношением констант скоростей отдельных стадий многоэтапных превращений, определенным рисунком положительных или отрицательных обратных связей, образованием на некоторых стадиях промежуточных продуктов, активирующих или тормозящих предшествующие стадии превращений. Именно в исследовании таких кинетических (регуляционных) колебательных процессов и наблюдается существенный прогресс в последние годы.

Однако, кроме «кинетических» колебаний, по-видимому, существует большой класс биохимических колебательных процессов второй группы, которые можно было бы назвать «конформационными колебательными процессами». Эти процессы — предмет обсуждения в данной статье.

Представим себе большую молекулу белка-фермента, окруженную молекулами воды, субстратов, коферментов, катионами и анионами. В такой системе осуществляется множество колебательных процессов. Электронные колебания — переход электронов с одного энергетического уровня на другой — обусловливают поглощение света в ультрафиолетовой области или, при наличии системы сопряженных связей и хромофорных групп, поглощенной в видимой области оптического спектра. Вращательные, деформационные, колебательные движения атомов и атомных групп в молекулах обусловливают поглощение в инфракрасной области. Вращательные и прочие движения молекул обусловливают поглощение электромагнитных волн в диапазоне от сотен микрон до миллиметров и сантиметров. Сложные многоатомные макромолекулы могут существовать в различных конформациях, почти не отличающихся друг от друга по уровням энергии. Таких почти изоэнергетических состояний может быть два, три и т. д., но не очень много, так как большинство конфигураций будет невозможно из-за пространственных ограничений, взаимосвязанности частей макромолекулы.

Переходы между двумя такими «изоэнергетическими» состояниями с малой величиной ∆E будут характеризоваться очень низкой собственной частотой, им будет соответствовать очень длинная электромагнитная волна. Энергия, выделяемая или поглощаемая при таких конформационных переходах, может оказаться на много порядков меньше kT.

Разность энергетических уровней при конформационных переходах может быть значительно меньше величин активационных барьеров, препятствующих осуществлению таких переходов. В этом случае частости реально осуществляемых переходов будут определяться внешними причинами и прежде всего температурой среды. При этом с ростом температуры частость переходов будет расти, но сами переходы во времени распределятся случайно, будут иметь характер флуктуации. При достаточно высокой температуре будут происходить квазирегулярные релаксационные колебания с периодом, определяемым лишь средним временем накопления энергии, необходимой для преодоления активационного барьера, и собственной частотой конформационного перехода.

Возможные механизмы синхронизации конформационных колебаний отдельных макромолекул.
Макроскопические конформационные колебания

В неравновесных условиях конформационные колебания отдельных макромолекул могут синхронизироваться.

В принципе синхронизация конформационных колебании отдельных макроструктур может происходить посредством: 1) электромагнитного излучения, 2) акустических волн, 3) волн структурной перестройки среды, 4) химического поля — градиентов концентраций низкомолекулярных веществ, изменяющихся при конформационных колебаниях макромолекул, или в результате «кинетической» химической колебательной реакции.

Рассмотрим эти возможные механизмы.

Синхронизация конформационных колебаний посредством электромагнитного поля. На каких расстояниях будут взаимодействовать макромолекулы, образуя синхронно колеблющиеся домены?

Несмотря на кажущуюся парадоксальность этого утверждения, можно полагать, что взаимодействие осуществляется на тем больших расстояниях, чем меньше энергия квантов. Мерой расстояния во взаимодействии осцилляторов должна быть длина волны. Это значит, что осцилляторы, соответствующие ультрафиолетовой области оптического спектра, взаимодействуют на расстояниях порядка 0,1—0,3 мк и образуют домены, осуществляющие синхронные переходы атомов в объемах с таким диаметром. Осцилляторы, соответствующие инфракрасной области спектра, взаимодействуют, образуя соответствующие домены, на расстояниях порядка от одного до сотен микрон; в СВЧ диапазоне домены могут иметь радиус порядка сантиметра ^[1].

Если эти рассуждения верны, электромагнитное поле, соответствующее низкочастотным конформационным переходам, пронизывая большие толщи вещества, могло бы обеспечить синхронизацию колебаний макромолекул, находящихся на больших расстояниях друг от друга. В этом случае мы имеем дело с макроскопическим колебательным процессом.

Синхронизация конформационных колебаний посредством акустического поля. Другим возможным механизмом синхронизации конформационных (релаксационных) колебаний макромолекул может быть взаимодействие посредством акустического поля, создаваемого самими макромолекулами.

Каждый цикл изменения конформации макромолекулы, как правило, — цикл изменения эффективного объема макромолекулы.

Это представляется вероятным, так как разные конформации соответствуют разной степени экранированности ионогенных групп, т. е. разной величине электрострикции воды.

Периодические (флуктуационные) изменения объема — механизм генерации акустических волн с частотой конформационных переходов. Звуковые волны могут быть способом связи отдельных макромолекул — связи, обеспечивающей синхронизацию их конформационных колебаний.

Волны структурной (фазовой) перестройки как возможный механизм взаимодействия макромолекул. Этот гипотетический механизм рассмотрен в нашей предыдущей работе [22]. Кратко он сводится к следующему. При конформационных колебаниях макромолекул белков изменяется соотношение полярных и неполярных групп на поверхности макромолекулы. Например, при образовании складки за счет взаимодействия гидрофобных групп друг с другом соответственно возрастает относительная доля поверхности, состоящей из полярных, гидрофильных групп. Изменение полярно-неполяриого соотношения на поверхности макромолекулы вызовет соответствующую перестройку структуры воды вблизи макромолекулы: молекулы воды, ранее не ориентированные в сторону макромолекулы и образовавшие связи друг с другом (структура «чистой» воды — взаимодействие молекул воды друг с другом), при появлении полярных групп на поверхности макромолекулы переориентируются, «структура чистой воды» нарушится.

Переориентация молекул воды, находящихся в непосредственной близости к макромолекуле, вызовет переориентацию в следующих «слоях» молекул. Волна этой структурной перестройки распространится на некоторое расстояние, определяемое импульсом, величиной и резкостью возникновения неравновесности. Есть основание полагать (работы Федякина [21], Зорина и других, посвященные толщине слоя ориентированных молекул воды вблизи полярных поверхностей), что такая волна распространится на сотни ангстрем. При возврате макромолекулы в прежнее конформационное состояние вновь произойдет перестройка структуры воды, вновь распространится «гидрофильно-гидрофобная волна». Отдельные макромолекулы могут до некоторой степени синхронизировать свои конформационные переходы, взаимодействуя посредством волн структурной перестройки воды.

Волны структурной перестройки воды должны наблюдаться и независимо от конформационных движений макромолекул. Аналогично отмеченному выше, несмотря на близость энергетических характеристик разных состояний (фактически — разных фаз) воды, переход из одного состояния в другое может осуществляться очень медленно по кинетическим причинам. В этом смысле реальная вода, как правило, является «переохлажденной» или «перегретой» жидкостью. Любые воздействия, катализирующие структурные перестройки воды, будут вызывать появление волн структурной перестройки. Кажется весьма вероятным, что сами волны структурной перестройки могут сопровождаться характерными акустическими и электромагнитными эффектами. Учитывая эти обстоятельства и преимущественно неравновесное состояние реальной воды, следует подчеркнуть следующее: конформационные колебания макромолекул могут не столько быть причиной волн структурной перестройки воды, сколько их следствием. В частности, частота и амплитуда таких колебаний может определяться в основном свойствами воды.

Синхронизация конформационных переходов макромолекул в результате химического колебательного процесса. Химические колебательные процессы («кинетические» колебания по классификации, принятой в этой статье) могут быть причиной синхронизации конформационных колебаний макромолекул. Если в ходе кинетического колебательного процесса периодически изменяется концентрация в среде ионов или промежуточных продуктов, влияющих на конформацию макромолекул, — конформации макромолекул будут изменяться с частотой, определяемой химическим колебательным процессом.

Конформационные колебания и ферментативный катализ.
Какова роль макромолекулы в ферментативном катализе.
Механические свойства полипептидных цепей и определенная последовательность аминокислот

К основным проблемам природы ферментативного катализа относится вопрос о том, «какова роль в ферменте макромолекулы».

Наиболее распространен в настоящее время такой ответ: «Сама по себе большая величина молекулы фермента не имеет существенного значения. Молекула фермента велика потому, что фермент обеспечивает контакт в активном центре нескольких участников ферментативной реакции — молекул субстрата, кофермента, ионов металла, воды. Кроме того, в ряде случаев на макромолекуле размещаются центры аллостерической регуляции». Высокая скорость ферментативных реакций по сравнению с аналогичными неферментативными объясняется, например, Кошлэндом [13] сведением реакций высокого порядка (вероятность тройного и т. д, столкновения правильно ориентированных реагентов мала) к реакциям второго и даже первого порядка.

Однако при некоторой степени верности такого объяснения высоких скоростей ферментативных реакций следует помнить, что правильное расположение в активном центре фермента нескольких участников химического превращения должно прежде всего сказываться на предэкспоненциальном множителе уравнения Аррениуса, изменять главным образом (если не исключительно) энтропию активации образования переходного комплекса. В то же время для ферментативных реакций характерны как очень большие предэкспоненциальные множители уравнения Аррениуса, так и существенное положение энергии активации (см., например, [15,28]). Кроме того, далеко не ясно, действительно ли всегда (часто ли) необходимо размещение в активном центре нескольких участников каталитического акта именно для ускорения реакции. Скорее этим достигается высокая специфичность реакции (опять же предэкспонента уравнения Аррениуса), обусловливается абсолютная трехмерная специфичность ферментативного катализа (вспомним, например, эффект Огстона [17]).

Кроме того, при разложении мочевины уреазой вряд ли взаимодействуют более 2—3 участников (мочевина, вода, металл). То же можно сказать о каталазе и протеолитических ферментах. А тем не менее именно в уреазной реакции разительно велик вес макромолекулы: 480000 при весе субстрата 60.

Если действительно существование макромолекулы — лишь следствие необходимости выполнить задачи высокоспецифического совмещения в активном центре нескольких участников ферментативного акта, то в этом случае можно спросить: «Неужели молекула фермента не может быть построена более экономно?». Можно было бы ожидать в ходе эволюции отбора таких полипептидных цепей, в которых те же цели достигаются необходимой последовательностью аминокислот в относительно короткой цепи. Зачем же нужна макромолекула белка в ферментативном катализе?

Макромолекула белка — необходимый и активный участник каждого акта ферментативного катализа.

И не только как штатив, закрепляющий детали механизма, но и как двигатель в этом механизме. Представление, согласно которому молекула белка — динамическая, все время изменяющая свою структуру машина, т. е. машина, выполняющая при соответствующем притоке энергии работу различных видов, — представление это позволяет понять возможное назначение огромной молекулы белка в биокатализаторах.

Движение макромолекулярной машины, ее конформационные колебания — существенное звено в последовательности процессов, приводящих к ферментативному катализу. Эти движения могут быть следствием тепловых флуктуаций. Конформационные колебания такой машины могут быть и следствием «резонансных» переходов, совершающихся за счет энергии, выделяющейся, например, в самой катализируемой ферментом реакции.

Однако прежде чем развивать эту концепцию, необходимо отметить, что представления о существенной энергетической роли макромолекул, существенности подвижности ее структуры в ферментативном катализе отнюдь не новы.

В работах Бауэра, Кобозева, Линдерштрем-Ланга, Мелвин-Хьюза, Кошлэнда, Волькенштейна, Штрауба в том или ином направлении развиваются аналогичные представления.

Более тридцати лет назад Бауэр [1] развил стройную концепцию о понижении энергии активации в ферментативных реакциях за счет «структурной энергии» молекулы белка. Бауэр полагал, что молекула белка в клетке, в протоплазме находится в особом — неравновесном — «деформированном» состоянии, «Структурная энергия» как раз и выделяется при возврате молекулы белка в равновесное состояние. Белок снова становится неравновесным, деформированным в свою очередь за счет энергии, выделяющейся в катализируемом им процессе. Можно только удивляться пророческой мысли Бауэра — его концепция была создана за много лет до возникновения представлений об изменениях конфирмации макромолекулы белка-фермента при осуществлении актов катализа. Правда, Бауэр полагал, что деформационная (конформационная!) неравновесность может отразиться на ультрафиолетовых спектрах поглощения белков — это кажется теперь мало вероятным ^[2]. Скорее всего, следует ожидать разности энергетических уровней конформационных состояний изменений спектра в диапазоне от сотен микрон до сантиметров.

В предположении у Бауэра были предвосхищены многие последующее гипотезы (авторы которых явно не знали работ Бауэра) — в том числе можно назвать, например, гипотезы Мелвин-Хьюза, Кобозева и др.

В 1950 г. Мелвин-Хьюз [35] обсуждал предположение, что белки являются хорошими катализаторами не столько потому, что они уменьшают энергию активации, необходимую для образования активированного комплекса, сколько потому, что множество вибрационных степеней свободы служит источником энергии активации.

Лондон и другие [33] также предположили, что подвижность полипептидной цепи отчасти может служить источником E_акт: связанный с активным центром субстрат испытывает напряжения вследствие движения полипептидной цепи.

Эти взгляды критически рассматривает Ламри [34], полагая их не соответствующими имеющимся экспериментальным данным — линейной зависимости ln k_ск реакции от 1/Т. Ламри приходит к выводу, что существенное накопление тепловых флуктуаций, происходящих в разных частях молекулы, не имеет места.

При этом Ламри мотивирует свой вывод тем, что при значительности вклада вибрационных степеней свободы белковой молекулы в E_акт должна соблюдаться следующая зависимость:

E_{акт набл} = E⁰_акт - (n - 1)RT

где п — число степеней свободы, влияющих на E_акт. При этом Ламри полагает, что такая зависимость E_{акт набл} от вклада вибрационных степеней свободы должна сказаться в нелинейности зависимости ln k_ск от 1/Т в общепринятом графическом методе определения E_акт. И поскольку, как отмечает Ламри, отклонения от линейности в получаемых из эксперимента с ферментами графиках малы, п вряд ли превосходит величину 2 - 4, поэтому говорить о существенном вкладе вибрационных степеней свободы макромолекулы фермента не имеет смысла

Однако рассуждения Ламри кажутся нам некорректными ^[3]. В самом деле, если подставить значение E_{акт набл} в уравнение Аррепиуса, получим

k_ск = A* exp - E_{акт набл} /RT = A* exp - (E₀ - nRT)/RT

или

k_ск = A* exp n * exp - E₀ /R

Иными словами, относительная величина вклада п дополнительных степеней свободы макромолекулы (если такой вклад имеет место) не зависит от температуры и само наличие этого вклада не проявится в нелинейности зависимости ln k_ск от 1/Т. Ламри был бы прав, если бы с ростом температуры росло n — число степеней свободы, влияющих на E_акт, но это уже другой вопрос.

Таким образом, имеющийся экспериментальный материал не противоречит, как нам кажется, предположениям, обсуждавшимся Мелвин-Хьюзом.

Однако действительно ли вибрационные или иные степени свободы макромолекулы являются источником E_акт, т.е., иными словами, происходит ли накопление тепловых флуктуаций в ходе катализа — не ясно. Пока трудно придумать эксперимент для проверки этой гипотезы.

Представления о постоянных флуктуациях структуры макромолекулы белка и возможном вкладе этих флуктуаций в ферментативный катализ, по-видимому, наиболее последовательно развивали Линдерштрем-Ланг и др. Эта точка зрения была суммирована Линдерштрем-Лангом и Шелманом в 1959 г. [32].

Широкую известность получила работы Кошлэнда [13, 30] об изменении конформации макромолекулы фермента при взаимодействии с субстратом. Однако Кошлэнд не привлекает динамику конформации белка в качестве возможного механизма катализа.

В отличие от цитированных авторов Штрауб и Собольчи [24, 38] полагают, что подвижность поверхности фермента является скорее предварительным условием связывания субстрата. Фермент может катализировать обратимую реакцию только в том случае, если существует механизм для поочередного связывания субстрата и продукта реакции, что может быть достигнуто благодаря подвижности участка вблизи активного центра. Конформационное соответствие фермента и субстрата создает по Штраубу и Собольчи не субстрат, а постоянное движение самой молекулы, В результате этого движения в какие-то моменты возникает структура, подходящая для связывания субстрата и осуществления каталитической активности,

Таким образом, Кошлэнд и Штрауб, говоря о конформационной подвижности, не рассматривают эту подвижность как активационный фактор ферментативного катализа.

В этом смысле гораздо более интересна концепция М.В. Волькенштейна, его каплеподобная модель молекулы белка. Представление об этой модели дает следующая цитата из работы [4]: «До сих пор остается открытым вопрос о существовании единого механизма действия ферментов, … молекула фермента представляет собой глобулу, а не статистический клубок. Отвлекаясь от специфических сил, … организующих эту глобулу, можно моделировать ее жидкой каплей, элементарные единицы которой взаимодействуют между собой», И далее: «Допустим, что капля подвергается местной деформации — создается надлежащий выгиб в акте присоединения субстрата. Тогда в капле должны возникать упругие волны, распространяющиеся со скоростью звука. Практически мгновенно эти волны могут образовать пучность в месте деформации, в котором будет происходить накопление энергии. Это, в сущности, те же флуктуации, о которых писали Линдерштрем-Ланг и Шеллман, но разложенные в ряд Фурье. Вспомним теорию рассеяния света в жидкостях Эйнштейна: как показал Мандельштам, синусоидальные компоненты Фурье для флуктуации, фигурировавшие в теории Эйнштейна, представляют собой Дебаевские гиперзвуковые волны.

Если так, то возможно, что энергия возникших колебаний капли пойдет на уменьшение энергии активации реакции субстрат — продукт и на удаление продукта, его «испарение», в результате которого капля вернется в исходное, невозбужденное состояние. Капельная модель качественно объясняет отличие фермента от твердого катализатора, В последнем случае энергия, выделенная при сорбции, диссипирует по всей поверхности. Если твердый катализатор представлен мелкодисперсными кристалликами, то это не изменяет ситуации, поскольку кристаллики не деформируются и энергия сорбции непосредственно превращается в тепло».

Особое внимание в связи с попыткой объяснить роль макромолекулы в ферментативном катализе заслуживают многолетние работы Кобозева, по непонятным обстоятельствам оставшиеся незамеченными перечисленными авторами. Кобозеву принадлежат интересные гипотезы, объясняющие в общем виде необходимость больших молекул для высокоэффективных катализаторов. В статьях Кобозева [8—11] развиваются представления о надструктурной, неспецифической роли большой величины молекулы катализатора. Кобозев пишет: «Согласно развиваемой концепции активная структура является сочетанием специфичности действующей группы «активного ансамбля», определяющего характер активной функции молекулы, и менее или вовсе не специфической части — «аггравирующего балласта», влияющего на уровень активности» и «эффект аггравации заключается в том, что при данном «структурном ансамбле» активность молекулы катализатора имеет общую тенденцию расти с усложнением ее аггравирующей части». Далее: «За меру аггравации в первом приближении может быть взят молекулярный вес (M_В)…»

Согласно Кобозеву,

U = U₀ e^β M_В,

где U — скорость катализируемом реакции; U₀ — скорость некаталитической реакции; M_В — молекулярный вес аггравирующего балласта; β — коэффициент аггравации, характеризующий прирост ln a на единицу веса аггравирующего балласта.

Кобозев показывает, что аггравационное ускорение реакции сказывается в снижении E_акт процессов. Эффект аггравации может быть эквивалентно выражен приложением к системе Добавочного «потенциала активации. Итак, в соответствии с гипотезами Кобозева, макромолекула белка-фермента ускоряет катализирующую реакцию за счет неспецифического «эффекта аггравации», понижающего E_акт процесса.

Каково возможное физическое содержание эффекта атгравации, каков, следовательно, физический механизм влияния макромолекулы фермента на скорость соответствующей реакции?

Много лет назад Хиншелвуд полагал, что основным механизмом увеличения скорости мономолекулярных превращений сложных молекул является накопление внутренней колебательной энергии по мере увеличения сложности (числа степеней свободы) в этих молекулах («эффект Хиншелвуда»). Основное возражение против концепции Хинелвуда состоит в следующем: по мере увеличения числа степеней свободы, вероятность флуктуационного сгущения критического количества энергии на превращаемой связи уменьшается. Кобозев заключает отсюда, что эффект аггравации не может быть следствием простого увеличения числа внутренних степеней свободы в сложных молекулах.

Возможный физический механизм относительно не специфического влияния макромолекулы белка-фермента на скорость ферментативной реакции Кобозев предлагает в одной из статей [11] серии работ с общим названием «О механизме катализа».

Рассматривая возможный механизм эффекта аггравации, Кобозев объясняет влияние макромолекулы белка в ферментативном катализе «рекуперацией» энергии, т. е. возвратом энергии, выделяющейся в реакции, и использованием этой энергии для активации каталитического центра. Кобозев отмечает корреляцию между удельной активностью (скорость, число оборотов) и тепловым эффектом энзиматической реакции. Это позволяет выразить удельную активность ряда ферментов a_ф в виде общей показательной функции от теплового эффекта катализируемой реакции Q_р

a_ф = a₀ e^γ Q_р

где γ — коэффициент возврата энергии реакции на автоактивацию каталитического центра.

Кобозев пишет о явлении рекуперации энергии: « … оно позволяет понять необходимость сложной и тонкой архитектоники ферментных молекул, так как столь полное сохранение энергии реакции от рассеяния возможно только в сложных структурах, достаточно изолированных от внешней среды и снабженных электронно-молекулярными механизмами, способными обращать энергию внутри каталитической системы…» И еще: «Естественно, что структура ферментов, столь тщательно отобранная в результате миллионов лет биохимической эволюции живого вещества, представляет значительно более совершенный аппарат для рекуперации энергии, чем кристаллическая решетка (гетерогенного катализатора)…»

Присоединяясь к взглядам Бауэра, Хиншелвуда, Мелвин-Хьюза, Кобозева и других авторов о существенной энергетической роли молекулы катализатора — фермента в каталитическом акте, мы можем нарисовать следующую картину механизма ферментативного катализатора.

Конформация свободной молекулы фермента отличается от конформации белка в фермент-субстратном комплексе. Макромолекула белка устроена так, что после того, как первый акт превращения субстрата осуществился (после случайной тепловой флуктуации), выделяющаяся энергия переводит молекулы фермента в особое неравновесное состояние — в состояние термодинамически невыгодной конформации, в котором по кинетическим причинам (большой активационный барьер), макромолекула может находиться достаточно большое время (вообще, по-видимому, такая форма сохранения неравновесности может быть очень долгоживущей). Неравновесная в результате этого макромолекула может перейти в более вероятное состояние лишь при контакте с субстратом. Получается забавный, но вполне реальный парадокс: субстрат катализирует переход фермента в равновесное состояние. Зато сам субстрат претерпевает необходимые превращения, активационный барьер которых понижается за счет конформационной энергии макромолекулы фермента ^[4]. Ясно, что при этом необходимо специальное устройство полипептидных цепей — ограниченное число степеней свободы их взаимного движения, большая амплитуда их подвижности в небольшом числе направлений. Особый смысл поэтому может иметь и определенная последовательность аминокислот в «активных центрах» и прилегающих к ним областях макромолекул ферментов.

В связи с этим заслуживает особого внимания оценка подвижности и «механических свойств» полипептидных цепей ^[5].

В свете сказанного о механизме ферментативного акта не кажется столь удивительной необъяснимая ранее одинаковость или очень большое сходство последовательности аминокислот в активных центрах совершенно различных ферментов — фосфоглюкомутазы, трипсина, тромбина и пр. Один и тот же каталитический двигатель может работать с различными «навесными» приспособлениями — переносить группы, разрушать пептидные связи и пр. Систематическое исследование и сравнение последовательности аминокислот в белках-ферментах (не только в активных центрах) должно способствовать выяснению возможности существования «универсальной каталитической конформационно-подвижной конструкции» макромолекул ферментов. Особенное значение в соответствии с темой этой статьи имеет то, что взаимодействие отдельных макромолекул ферментов в ходе их каталитической работы должно приводить к синхронизированным конформационным циклам.

Синхронизация конформационных циклов молекул ферментов.
Акустическое поле — следствие процессов ферментативного катализа

Взаимодействие посредством акустического или электромагнитного поля, посредством волн структурной перестройки воды или посредством импульсов концентраций субстратов или продуктов должно приводить к какой-то пока трудно определяемой степени синхронизации конформационных циклов отдельных макромолекул ферментов. Частоты этих циклов могут сильно отличаться от частот неферментативных конформационных колебаний. Порог этих релаксационных по существу колебаний, очевидно, должен превышать порог собственно конформационных колебаний. Однако и поток энергии (в случае ее «рекуперации») значительно интенсивнее «потока тепловых флуктуации». Вероятно, конформационные циклы ферментов осуществляются реже «простых» конформационных колебаний.

Для белков-ферментов можно оценить вероятную среднюю частоту («частость») релаксационных конформационных колебаний в ходе катализируемых ими реакций. Известно, что при некоторой концентрации субстрата скорость катализируемой ферментом реакции достигает максимума. В биохимии принято характеризовать эту максимальную скорость «числом оборотов» — числом молекул субстрата, превращенных в продукт молекулой фермента в 1 мин. Каждый «оборот» включает соединение фермента с субстратом, осуществление соответствующего превращения, десорбцию продукта и освобождение молекулы фермента; каждый оборот — это конформационный цикл, один объемный «щелчок», порождающий звуковой импульс. Число оборотов за 1 сек. должно, таким образом, характеризовать частоту акустического поля, генерируемого ферментом.

Число оборотов большинства известных ферментов соответствует акустическим полям слышимого и инфразвукового диапазона (см. стр. 34). Лишь несколько ферментов характеризуется числом оборотов, соответствующим ультразвуковым полям.

В клетке имеется несколько сотен видов различных ферментов. Однако с достаточной интенсивностью функционируют, по-видимому, лишь катализаторы универсальных биохимических процессов — гликолиза, цикла Кребса, транспорта электронов и ионов, фосфорилирования. Числа оборотов, частости конформационных циклов даже этих ферментов в клетке не максимальны. Только ферменты, катализирующие узкие места многоэтапных превращений (например, фосфофруктокиназа в гликолизе), могут функционировать с полной нагрузкой. Вполне возможно, что именно эти ферменты «задают тон» в таких процессах. В самом деле, частота оборотов фермента, не лимитирующего скорости процесса в целом, будет зависеть от потока субстрата (определяемого узким местом) и числа молекул данного фермента. При одинаковом числе каждого фермента на всех этапах сложного биохимического процесса все реакции этого процесса будут сопровождаться излучением звуковых пакетов (звука) одинаковой частоты (частости).

Совокупность акустических полей различных ферментативных процессов составляет сложное акустическое поле клетки. Регистрация и анализ «метаболического акустического ноля», разложение этой «симфонии» на характеристические составляющие — одна из важнейших, по нашему мнению, задач биофизического исследования. Решение этой задачи позволило бы в будущем посредством «акустического микроспектрометра» выслушивать неповреждённую клетку, получая уникальную информацию об идущих в ней биохимических процессах.

Ниже приведены частоты оборотов некоторых ферментов.

 

Фермент	Число об/сек
Пепсин	0,001	[28]
Пируват-карбоксилаза	13	[31]
Альдолаза	33	[28]
АТФаза миозина	104	[28]
Миокиназа	166	[28]
Энолаза	150	[28]
Дегидрогеназа триозофосфата	166	[31]
ДПН-цитохромредуктаза	183	[31]
Гексокиназа	215	[28]
Фосфоглюкомутаза	280	[28]
Конденсирующий фермент (цикл Кребса)	450	[31]
Фосфорилаза	676	[31]
Дегидрогеназа молочной к-ты	1215	[31]
Фосфорилаза	1600	[31]
Фумараза	1660	[28]
Уреаза	77000	[16]
Каталаза	8*10^5	[16]
Карбангидраза	1,6*10^6	[16]
Ацетилхолинэстераза	3*10^6	[16]

 

Конформационные колебания макромолекул актомиозинового комплекса и проблема
сокращения мышц, движения протоплазмы, биения жгутиков и ресничек

Ранее нами было показано [23], что в растворах белков актомиозинового комплекса происходят макроскопические охватывающие весь объем раствора колебания таких показателей, как АТФазная активность, число доступных для взаимодействия с Ag⁺ SH-групп, адсорбционная способность по отношению к красителям и др. Рассмотрим некоторые наиболее существенные черты этого явления.

Речь идет, действительно, о синхронности колебаний свойств во всем исследуемом объеме раствора, что следует из опытов с одновременным отбором проб из разных мест одного сосуда с раствором белка. Более того, синхронность колебаний сохраняется при одновременном отборе проб из порций одного и того же раствора, находящихся в разных сосудах.

Действительно ли наблюдаемые изменения свойств растворов белков актомиозинового комплекса отражают синхронные конформационные колебания макромолекул? Какие доводы можно привести и пользу этого утверждения? АТФазная активность и титр SH-групп меняются синфазно. Колебания АТФазной активности прекращаются при контакте с АТФ. Колебания титра SH-групп не прекращаются при добавлении АТФ. Колебания всех показателей полностью прекращаются после добавления трихлоруксусной кислоты и в результате тепловой денатурации белков. Колебания максимальны в зонах условий, соответствующих конформационным переходам: для актомиозина — в зоне концентраций KCl соответствующих переходу типа гель — золь (0,09 ↔ 0,12 М) [18, 20, 22], для актина — в условиях, благоприятствующих g→f-переходу.

Колебания мало зависят от температуры и очень чувствительны к химически инертным веществам—спиртам, ацетону, этиленгликолю и т.п. К сожалению, до сих пор еще не удалось зарегистрировать изменения макромолекул белков актомиозинового комплекса по физическим и физико-химическим параметрам. Возможно, что неудачи имевших место попыток объясняются, с одной стороны, непригодностью современных методов для характеристики небольших и быстрых конформационных изменений макромолекул, а с другой — тем, что речь идет о конформационных изменениях неспирализованных участков белковых макромолекул, не приводящих к изменению формы макромолекулы как целого. Скорее всего, речь идет о синхронных конформационных колебаниях, сводящихся к образованию и исчезновению локальных складок на макромолекулах.

Конформационные колебания белков актомиозинового комплекса такого рода могут иметь прямое отношение ко всем видам движения в живых системах. А. М. Жаботинскому принадлежит утверждение: «В основе всех видов биологического движения находятся колебательные (циклические) процессы». Периодические конформационные изменения, быстрые образования складок на фибриллярных мышечных белках легко объясняют механизм скольжения нитей миозина и актина в модели Хаксли и др. Только несовершенством используемых методов, в частности большой инерционностью этих методов обусловлен противоречащий всем данным о физико-химических свойствах мышечных белков вывод Хаксли и его сторонников о неизменности конформации макромолекул белков в ходе скольжения. Многие десятилетия накапливались данные о необычайной конформационной лабильности белков мышц, подавляющее большинство теорий мышечного сокращения было основано на предположении об изменении конформации макромолекул в ходе сокращения. Об этом, в частности, свидетельствовали опыты на моделях — нитях актомиозина. Физико-химическая среда в мышце и в протоплазме соответствует условиям, максимально благоприятным для перехода из одной конформации в другую [18, 19, 27]. Почему же эти конформационные изменения не заметны при наблюдении за сокращением целой мышцы или глицеринизированных мышечных волокон? По-видимому, именно потому, что эти изменения имеют характер быстрых конформационных колебаний и современные инерционные методы непригодны для регистрации этих изменении. Поэтому нам кажется имеющей большое принципиальное значение работа Франка, Ефимова, Емельянова [61], применивших новый малоинерционный метод — характеристику мышечного волокна по дифракционной картине, полученной на поперечной исчерченности самой мышцы в видимом свете. Они обнаружили, что «скольжение» нитей актина и миозина идет не гладко, а ступенчато, дискретными шагами. Эти дискретные шаги, на наш взгляд, отражают конформационные колебания белков миофибрилы.

В одном из видов биологического движения — в биении жгутиков и ресничек — периодический характер настолько очевиден, что о нем часто забывают. Реснички и жгутики, по-видимому, древнейший аппарат движения. Естественно предположение, в соответствии с которым биение жгутиков и ресничек — непосредственное следствие периодических конфирмационных колебаний белков актомиозинового комплекса. Сократительный аппарат мышц может быть эволюционным производным ресничек или жгутиков» Об этом ярко свидетельствует характерная для ресничек структура «9+2» в нитях миозина [25]. Вероятность обусловленности движения протоплазмы конформационными колебаниями макромолекул актомиозинового комплекса подчеркивалась нами ранее [22].

Даже чисто внешне кривые, характеризующие периодические изменения АТФазной активности и титра SH-групп в растворах мышечных белков, очень похожи на кривые, описывающие периодические изменения движущей силы тяжа протоплазмы, плазмодия миксомицета, которые получены Камия [7]. Вполне возможно, однако, что в опытах Камия, так же как и в наших опытах, относительно высокочастотные колебания не были замечены из-за инерционности используемых методов.

Конформационные колебания, акустическое поле,
взаимодействие клеток и проблемы морфогенеза.
Не является ли «биологическое поле» акустическим полем!

Итак, следствием конформационных колебаний макромолекул в клетке должно быть существование акустического и относительно низкочастотного электромагнитного полей. Посредством этих полей, по-видимому, осуществляется довольно далеко простирающееся взаимодействие макромолекул.

Существование этих полей может быть условием взаимодействия не только макромолекул, но и клеток. Особое внимание следует, на наш взгляд, уделить акустическому полю в связи с проблемой морфогенеза. В самом деле, строго определенное расположение в пространстве не есть, как думали раньше многие авторы, следствие определенной ориентации оси веретена при митозе. Известно, что из мацерированных до суспензии отдельных клеток органов (например, почки) или даже простых организмов — губок, кишечно-полостных — образуются путем «спонтанной» реагрегации сложные анатомические структуры. Клетки, двигаясь активно или пассивно, занимают определенные относительно друг друга положения в пространстве. Это явление наиболее естественно можно было бы объяснить наличием механического (акустического) поля вокруг клеток. Именно акустические колебания передвигают частицы в пространстве. Градиенты акустического поля, создаваемого метаболическими и механохимическими процессами, могли бы быть причиной правильного расположения клеток в пространстве. В этом смысле именно акустическое поле, создаваемое клетками, может оказаться давно постулируемым биологическим полем [2, 5]. Замечательно, что синхронизированные конформационные колебания макромолекул создают акустическое поле, полностью контролируемое регуляторным механизмом клетки, ее геномом. Та или иная стадия жизненного цикла клетки, репрессия или активация биосинтеза определенных белков или нуклеиновых кислот, изменение направления метаболических превращений и т. п. — все это немедленно скажется на частотном спектре и распределении интенсивностей в биологическом акустическом поле, т. е. найдет свое отражение в измененной организации пространства вокруг клетки,

Самым важным вопросом физической сущности акустического поля клетки для рассматриваемых проблем морфогенеза является наряду с механизмом синхронизации конформационпых колебаний макромолекул проблема величин градиентов такого поля на расстояниях, соизмеримых с размерами клеток и макромолекул,

При обычно принимаемой величине скорости звука в воде 1500 м/сек и частотах слышимого или ближнего ультразвукового диапазона, значения длины звуковых воли с частотами 10 гц — 100 кгц находятся в диапазоне 150 л — 15 мм, т. е. значения длины этих волн очень велики по сравнению с размерами клеток. Однако в образцах, расположенных от источника звуковых колебаний на расстоянии меньше нормальной длины волны и построенных по типу ячеистых структур — гелей (что и имеет место в протоплазме), наблюдается низкая скорость звука 1—3 м/сек (Кудрявцев [14], Сарвазян [19]). В этом случае значения длины волны при частотах от 10 гц до 100 кгц находятся в диапазоне 10 см — 10 мк. Такие волны создают значительные градиенты на расстояниях» соизмеримых с размерами клеток. Детальная характеристика акустических свойств, в частности измерение «аномальных» скоростей звука, является поэтому очень важной задачей.

Колебания формы и размеров клеточных органелл — следствие биохимических колебательных процессов

В той или иной мере синхронизированные конформационные колебания макромолекул, объединенных в органеллах клетки (ядро, митохондрии, хлоропласта, рибосомы а, более всего, миофибриллы), должны приводить к колебаниям размеров и формы этих органелл, причем можно ожидать довольно быстрых колебаний (частота их — порядка десятка герц). Для экспериментального выявления этих колебаний, как и в других аналогичных случаях, самое главное — синхронизация колебаний «мелких» органелл типа рибосом, митохондрий и т.д. Такая синхронизация может осуществляться как при взаимодействии посредством акустического или электромагнитного полей, так и посредством «химического поля», т. е. при взаимодействии через «общие метаболические фонды», что в данном случае кажется более вероятным. Так, кинетический колебательный процесс в клетке может синхронизировать колебания формы и размеров (объема) всех органелл в данной клетке (или в суспензии выделенных из клетки органелл).

Мысль о возможности конформационных колебаний органелл клетки - не нова.

Особого упоминания заслуживает в этом отношения статья Спаннера [37]. Из общих соображении автор полагает, что в очень малых системах химические реакции могут иметь периодический (осцилляторный) характер. Это значит, что органеллы типа митохондрии могут быть центрами эластической или электромагнитной радиации. Автор связывает эти свойства с особенностями микроструктуры клеток и с основными внутриклеточными процессами — поглощением ионов, синтезом белка. При малом числе степеней свободы и малых размерах самой системы, по мнению Спаннера, становятся очень вероятными именно периодические процессы. Если представить себе в митохондриях периодический процесс, митохондрия окажется центром излучений двух видов — электромагнитного и «эластичного». Частоты этих осцилляций должны быть меньше частот колебаний, которые дают обычное тепловое изучение, обусловленное вибрацией атомов, так как это — вибрация относительно очень больших масс. Излучение это может быть названо инфракрасным, и оно будет соответствовать относительно пустому участку спектра, «Фактически,— восклицает Спаннер, — митохондрии могут говорить по свободному каналу радиовещания». Известно, что химические (в том числе периодические) реакции сопровождаются изменениями объема. Поэтому можно ожидать, что митохондрии станут центром эластических волн с ультра-ультразвуковой частотой, причем если длина электромагнитных волн будет соответствовать диапазону от 1 мк до 1 мм, то длина эластических волн — от 0,1 до 100 Å.

По мнению Спаннера, излучение не будет распространяться равномерно во все стороны, а примет вид пучка. Мы привели это краткое изложение работы Спаннера ввиду ее малой известности и сходству ряда положений с нашими.

По-видимому, как и при исследовании других биологических колебательных процессов, существенное значение для экспериментального обнаружения синхронных колебаний размеров и биохимических свойств клеточных органелл имеет убеждение, что такие колебания возможны. Для обнаружения колебании в суспензиях, например митохондрий, необходимо применение малоинерционных регистрирующих приборов ^[6].

Заключение

Подводя некоторые итоги рассмотрению кинетических колебаний и синхронизированных конформационных колебаний в клетке, мы можем задать вопрос: «Что полезного для живых организмов в колебательном режиме указанных двух типов?» Кинетическим и конформационным колебательным режимам живые организмы обязаны: 1) согласованном во времени течением различных биохимических процессов; 2) наличием механизма биологических часов; 3) всеми видами движения — от биения ресничек, жгутиков и движения протоплазмы до ритмического сокращения сердца и работы поперечнополосатых мышц; 4) взаимодействием клеток и процессами морфогенеза; 5) основным механизмом работы ферментов.

Задачу этой статьи можно будет считать выполненной, если рассмотрение некоторых во многом еще не подтвержденных строгими доказательствами или прямым экспериментом гипотез о сущности и роли конформационных колебаний макромолекул приведет читателя к мысли, что конформационные {главным образом синхронизированные) колебания биологически важных макромолекул должны стать предметом глубокого и всестороннего изучения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бауэр Э. С. Теоретическая биология. Изд. «ВИЭМ», 1935.
2, Белоусов Л. В. Докл. АН СССР, 1965, 160, 475.
3. Владимиров Ю. А. Фотохимия и люминесценция белков. Изд-во «Наука», 1965.
4. Волькенштейн М. В. Сб.: «Молекулярная биология». Изд-во «Наука», 1964, стр. 172.
5. Гурвич А. Г. Теория биологического поля. Медгиз, 1944.
6. Емельянов В. Б., Ефимов В. Я., Франк Г. М. Докл. АН СССР, 1966, 167, 923.
7. Камия Н. Движение протоплазмы. ИЛ, 1962.
8. Кобозев Я.И. ЖФХ, 1945, 19, 48,
9. Кобозев Я.И. ЖФХ, 1945, 19, 142.
10. Кобозев Я.И. ЖФХ, 1947, 21, 1414.
11. Кобозев Я.И. ЖФХ, 1957, 31, 2162.
12. Конев С. В. Электронно-возбужденные состояния биополимеров, Минск, «Наука и техника», 1965.
13. Кошлэнд Дж. Сб. «Горизонты биохимии» ИЛ, 1964, 202.
14. Кудрявцев Б. Б. Сб. «К исследованию вещества», вып. 12. М., изд. МО-ПИ, 1960.
15. Лихтенштейн Г. И. Биофизика, 1966, 11, 24.
16. Пасынский А. Г, Физическая биохимия. Изд-во АН СССР, 1964.
17. Рогинский С. Э., Шноль С. Э. Изотопы в биохимии. Изд-во АН СССР,1963.
18. Сарвазян А. П. Исследование гель — золь-переходов в препаратах актомиозина. Дипл. работа, физ. ф-т МГУ, 1964.
19. Сарвазян А. П., Шноль С. Э. Биофизика (в печати}.
20. Твердислов В. А., Шноль С. Э. Сб. «Молекулярная биофизика». Изд-во «Наука», 1965, стр. 104.
21. Федякин Н.П. Коллоидный журнал, 1952, 24, 497.
22. Шноль С.Э. Сб. «Молекулярная биофизика». Изд-во «Наука», 1965, стр, 56 .
23. Шноль С. Э. Вопр. мед. хим., 1958, 4, 443.
24. Штрауб Ф. В., Собольчи Г. Сб. «Молекулярная биология». Изд-во Наука, 1964, стр. 182.
25. Bacetti B. Atti Acad. Naz. Lincei Rend. Cl. sci. fis. mat. e natur., 1964, 36, 710.
26. Chance В., Yoshioka В. Arch. Biochem. and Biophys., 1966, 117, N 2, 451.
27. Ernst Е. Biophysics of striated muscle, Budapest, 1963.
28. «Fermente, Hormone, Vitamine», Вd1. I. Berlin, 1954,
29. Johnson, Hiring, Polissar. The kinetics basis of molecular biology. N.Y., 1954.
30. Koshland J. Advances Enzyimol., 1960, 22, 45.
31. Lang K. In: «Biologie und Wirkung-Fermenten». Berlin, 1953, S. 103.
32. Linderstrom-Lang K. U., Schellman J, A, In: «The Enzymes», 1, N.Y., 1959, p. 443.
33. London M., McHugh R., Hudson P. B. Arch, Biochem. and Biophys. 1958, 73, 72.
34. Lumry R. In: «The Enzymes», v. 1, N. Y., 1959, p. 215.
35. Moelwyn-Hughes M. In: «The Enzymes», 1, ch. 2, N. Y., 1950, 192.
36. Packer L., Utsumik, Mustafa M, Arch. Biochem. Biophys,, 1966, 117, No 2, 381.
37. Spanner D. C. J. Exper. Bot., 1959, 10, 330.
38. Straub F. B. Advances Enzymol., 1964, 26, 89.

ОБСУЖДЕНИЕ

Т. Г. Неэми. Не являются ли наблюдаемые в опытах конфармационные колебания следствием внешних неконтролируемых причин?

С. Э. Шноль. Этот вопрос, по-видимому, обусловлен данными профессора Пиккарди (см. настоящий сборник, стр. 350). Насколько можно судить по имеющимся результатам, наблюдаемые нами колебания свойств белков актомиозинового комплекса не объясняются внешними причинами, а являются следствием внутренних свойств изучаемых систем.

Д. А. Франк-Каменецкий. С. Э. Шноль предлагает включить в число синхронизирующих механизмов волновые поля: звук, электромагнитные волны и пока еще мало изученное поле структурных изменений воды. Хорошо известно, что для полей, распространяющихся в пространстве согласно волновым уравнениям, синхронизация достигается только при соблюдении резонансных условий — если возникает стоячая волна. Таким образом, чтобы волновые процессы приведи к синфазному колебанию, система должна превратиться в резонансную. Очень полезно при этом взять на радиотехники понятие добротности.

А. М. Молчанов совершенно правильно отметил, что надо нашей науке дать свой язык. Лучше всего воспользоваться языком радиотехники, так как это— наиболее разработанная из всех паук о колебательных процессах. Если перевести не язык радиотехники гипотезу акустической синхронизации конфигурационных изменений в молекулах, то рассматриваемая система должна представлять собой акустический резонатор. Только в этом случае получается стоячая волна, а только стоячая волна является синхронным, синфазным процессом. Но тогда возникает сразу ряд вопросов. Первый из них — о соблюдении резонансных условий в таком резонаторе, т.е. о том, что является здесь отражателем. Когда эксперимент проводится в кювете, возникает подозрение, что резонансные частоты должны определяться размерами кюветы. Бели же не рассматривать подобные вопросы, то нужно объяснить, каким образом распространение звуковых волн может привести к синфазному процессу. На этот вопрос ответ должен быть дан в терминах акустических. Второй вопрос — какие процессы приводят к возбуждению. По-видимому, единственный возможный ответ: часть химической энергии окислительных процессов (прежде всего гликолиза) должна тратиться на возбуждение колебаний. Но тогда, пользуясь опять языком радиотехники, нужно найти достаточно эффективный механизм связи между возбуждающим процессом и волной, которая возбуждается. В частности, для электромагнитных колебаний трудно найти сколько-нибудь сильный механизм с химическими процессами хотя бы поэтому, что они имеют совершенно другой диапазон частот. Наконец, последний вопрос —о добротности резонатора. Для того чтобы при слабом возбуждении или слабой связи в резонаторе могли существовать стоячие волны измеримой амплитуды, добротность должна быть велика. Кажется абсолютно ясным, что если налить в электромагнитный резонатор воду или, тем более, раствор электролита, то добротность этого резонатора станет настолько мала, что едва ли о нем вообще можно говорить. По этой причине электромагнитные механизмы синхронизации конфигурационных колебаний представляются нам маловероятными. Применительно к акустическим и структурным колебаниям вопросы добротности требуют дальнейшего выяснения.

С. Э, Шноль. Говоря о синхронизации конформационных колебаний посредством акустического поля, мне кажется, нет необходимости рассматривать систему как резонатор, в котором возникают стоячие волны. Скорее всего, речь идет не о гармонических колебаниях, а о релаксационных переходах. В момент перехода изменения макромолекул могут быть и не синфазны, могут отличаться по фазе соответственно времени, необходимому для прохождения какого-либо сигнала (звука, света, изменения концентрации некоторого соединения) от одной макромолекулы к другой.

А. А. Замятин. В настоящее, время, когда говорят о конформационных изменениях, часто понимают под этим и изменение эффективного объема макромолекул в растворе. Это изменение объема исследуется самыми различными способами, кроме, как это ни парадоксально, прямых методов измерения объема. В то же время такой метод существует и им пользуются в различных модификациях, основываясь на измерении изменений плотности. Величины изменения плотности при конформационных превращениях практически неизвестны. Приблизительную величину этих изменений можно оценить, например, из экспериментов Бредбери и др (J. Mol. Biol., 1965, 11, 137). Ими был исследован поли-?-бензил-L-глютамат, Авторы в соответствующей, области дисперсии оптического вращения, т.е. там, где действительно совершается переход спираль — клубок, наблюдали изменение величины парциального объема. Однако в их работе можно увидеть только намеки на это изменение. Если же увеличить точность и перейти через границу четвертого знака, то данный эффект мог бы быть изучен более обстоятельно. Увеличение точности при прямых исследованиях изменений объема, несомненно, может дать достаточно интересную и новую информацию о конформационных превращениях молекул в самых различных системах.

В. К. Ткач. Изучая процессы на физиологическом уровне, мы наблюдали только колебания с периодом порядка суток и часов; между тем колебания на биохимическом уровне имеют периоды порядка секунд. Могут ли низкочастотные колебания быть результатом деления частоты?

Конформационные изменения в глобулярных белках в кровяном русле могут возникать при условии патологического состояния организма. Подробнее я буду говорить об этом в моем сообщении.

С. Э. Шноль. Мне кажется, что колебания, о которых говорил В. К. Ткач, — следствие периодических процессов, возникающих в регуляторных системах целого организма. Вряд ли речь идет о делении частоты быстрых конформационных колебаний с трансформацией их в медленные колебания физических свойств макромолекул, находящихся в кровеносном русле. Эти медленные колебательные процессы связаны, по-моему, с инерционностью системы регуляции. Особенно медленные колебания могут наблюдаться, как мне кажется, когда включается механизм гуморальной регуляции.

¹ Это рассуждение может быть верно, в частности, и потому, что концентрация соответствующих осцилляторов в реальных случаях тем меньше, чем длиннее излучаемая ими волна: электронов в единице объема больше.
² Впрочем, известно, что спектры поглощения остатков тирозина и триптофана, входящие в состав молекулы белка, изменяются соответственно изменению конформации макромолекулы [3, 12]. Но это — побочные эффекты изменения конформации белка.
³ Мы благодарны А. М. Жаботинскому за обсуждение этих вопросов.
⁴ Заслуживает специального «непредубежденного» рассмотрения и возможность осуществления каталитических функций макромолекулы, устроенной так, что в ней накапливаются флуктуации энергии окружающей среды и эта «макрофлуктуация» разряжается в активном центре (см. выше Обсуждение работы Ламри).
⁵ В работе Ю. И. Хургина, Д. С. Чернавского и С.Э. Шноля (см. настоящий сборник) делается попытка оценки механических свойств полипептидных структур и значения этих свойств в ферментативном катализе.
⁶ За время, прошедшее после симпозиума, появились экспериментальные работы, посвященные описанию и анализу возможных механизмов колебаний формы и биохимических характеристик митохондрий в суспензиях [36, 37].