Физическая теория живой клетки. Незамеченная революция
Санкт-Петербург, "Наука", 376 с.
Гильберт Линг
В современной науке Гильберт Линг — отклонение, аномалия. Исследования в ней раздроблены на небольшие этапы, в соответствии с небольшими дозами финансовых вливаний, которыми они поддерживаются. Лингу больше подходит старая система научной работы, в которой почета удостаиваются ученые, пытающиеся решить крупные вопросы, требующие постоянных усилий на протяжении целой жизни. Проблемы, над которыми работает Линг, и в самом деле большие. Линг доказал, что клетка работает совсем не так, как это преподносят в школе и в университетских аудиториях. Многим такой переворот во взглядах покажется немыслимым, ведь весь, или почти весь научный мир пришел к единой точке зрения и смотрит с негодованием на тех, кто достаточно дерзок, чтобы идти наперекор подавляющему большинству. Сегодня, как, впрочем, и во все времена, ставить под сомнение «прописные истины» означает рисковать карьерой.
В этом смысле Гильберт Линг — герой науки. До примерно 80 лет ему удавалось противостоять официальной науке дольше полувека, год за годом продолжать твердо отстаивать свои позиции и даже укреплять их. Одно время ему приходилось унижаться, чтобы добиться поддержки своей лаборатории в условиях яростного сопротивления со стороны капитанов науки, особенно тех, от кого зависело финансирование научной деятельности. Теперь, в свои 92 года, Линг отлучен от полноценной жизни в науке — тирания власти сломила все-таки его сопротивление, но его идеи и сейчас не менее значимы, чем полвека назад. Более того, доказательная база его теории постоянно ширится. Жаль только ни мы, ни наши дети, ни даже внуки не смогут всем этим воспользоваться...
Джеральд Поллак, профессор Отдела биотехнологии Университета штата Вашингтон, Сиэтл
Физическая теория Линга представляет собой альтернативу общепринятой мембранной теории, объясняющей четыре фундаментальных свойства клетки свойствами ее плазматической мембраны: (1) полупроницаемость, (2) способность избирательно аккумулировать вещества, (3) способность сохранять осмотическую стабильность, и (4) способность генерировать электрические потенциалы. Фундаментальными эти свойства являются потому, что наше понимание их механизма определяет и наши представления практически по любому вопросу жизнедеятельности клетки.
Теория Линга основывается не на свойствах мембраны, а на сорбционных свойствах белков, где бы они ни находились в клетке. Прежде всего, речь идет о связывании самых массовых компонентов клетки – воды и ионов K+. Адсорбционные свойства белков не остаются неизменными, а зависят от условий микроокружения.
Вода адсорбируется полипептидным остовом – общим элементом всех белков (различия обусловлены лишь боковыми цепями). Он представляет собой геометрически правильное чередование диполей (положительные и отрицательные полюсы которых выстроены в шахматном порядке), пространственно комплементарных молекулам воды.
Ионы K+ селективно связываются карбоксильными группами остатков бикарбоновых аминокислот. Селективность определяется электронной плотностью на карбоксильных группах, которая является итогом суммы взаимодействий белка с малыми молекулами. Наиболее сильным модификатором распределения электронной плотности в белке является АТФ, обладающая сильным электроноакцепторным действием. В покое АТФ адсорбирована на ключевых белках клетки, что приводит к образованию следующего комплекса: (АТФ)m(белок)n(H2O)p(K+)q, где n может быть настолько большим, что в состав комплекса могут войти ключевые белки всей клетки.
При ферментативном расщеплении АТФ, этот комплекс разрушается с образованием следующих продуктов: m(АДФ) + m(Pi) + p(H2O) + q(K+), где Pi – ортофосфат. То есть, вода и K+ десорбируются, а белковая молекула сворачивается таким образом, что ее пептидные связи становятся недоступными растворителю (образуются вторичные структуры). Карбоксильные группы белка теряют селективность к K+ и обретают селективность к Na+.
Адсорбированная вода играет роль диффузионного барьера (а не липиды), а избирательное связывание белками клетки ионов K+ делает излишним предположение о натриевой помпе.
Как и всякая новая теория, теория Линга позволяет по-новому взглянуть на устоявшиеся представления в физиологии и биофизике клетки, наметить новые перспективы исследований. Так, Na, K-АТФаза представляется не насосом, а ионным рецептором; объясняется, почему этот фермент может селективно связываться с ионами Na+ и K+ и почему селективность к этим катионам может изменяться.