Но это еще не все. Самое важное, пожалуй, то, что человек состоит все-таки не из элементов, а из их соединений, среди которых есть и дешевые - вода, фосфаты кальция в костях - и невероятно дорогие, стоящие намного дороже золота. К таким веществам относятся прежде всего ферменты, о которых благодаря рекламе стиральных порошков в последнее время узнали даже те, кто не имеет никакого отношения к химии.
Переварить можно все, но не всем
Само слово "ферменты" происходит от латинского "fermentum", брожение или закваска. В научной литературе и в англоговорящих странах для этих соединений принято использовать другое название - энзимы, взятое уже из греческого языка. На упаковках порошков и этикетках косметических средств, произведенных за границей или на наших предприятиях, купленных иностранцами, часто используют именно этот термин ввиду лености переводчиков. Бороться с этим бессмысленно и, видимо, не нужно, тем более что исконно русское слово "ферменты" оказалось, увы, латинским.
Происхождение слов "фермент" и "энзим" говорит о давности знакомства человечества с этими веществами. И неудивительно - ведь без них не испечешь хлеб, не сделаешь вино или сыр. Однако только в 1897 году Эдуард Бухнер доказал, что для сбраживания сахара в спирт не требуются живые микроорганизмы дрожжей - вполне можно обойтись соком дрожжевой культуры с удаленными клетками. Кстати, так уж сложилось, что изобретенную им фарфоровую воронку, используемую в любом химическом кабинете или лаборатории, мы называем воронкой Бюхнера, а открывателя ферментов - Бухнером. Хотя это один и тот же человек и правильнее все-таки писать его фамилию через "у".
Итак, Бухнером было установлено, что брожение вызывают именно вещества, а не "существа", как полагал великий Пастер, являвшийся сторонником витализма (об этом учении коротко сказано в предисловии). Явление катализа, то есть резкого ускорения реакций в присутствии небольших количеств некоторых соединений, во времена Бухнера уже было хорошо известно, поэтому ученые поняли, что имеют дело именно с катализаторами, но биологической, органической природы. Ферменты и есть биологические катализаторы, поскольку с точки зрения химии они являются белками, важнейшими для биологии веществами. Кстати, поэтому ферменты съедобны - пивные дрожжи можно есть, их даже рекомендуют как важный источник витаминов.
Как индивидуальное соединение фермент (уреаза) впервые был выделен в 1926 году, а в 70-е годы прошлого века американские химики синтезировали фермент рибонуклеазу. Трудности этой работы связаны с тем, что ферменты имеют молекулы громадных размеров, в сотни раз больше размера того же фосфата кальция. Искусственный фермент оказался столь же работоспособным, как и природный, что наводит на грустную мысль о принципиальной возможности создания искусственного живого существа - не гениального механического робота, а именно андроида из мяса и костей.
К настоящему времени известно более двух тысяч ферментов. В человеческом организме обнаружены сотни ферментов. Их основными свойствами являются фантастическое ускорение реакций (в миллионы и миллиарды раз) и поразительная специфичность - умение ускорять именно данный конкретный процесс, и никакой другой. То есть фермент подходит для "своего" вещества, как "ключ к замку", и это даже не метафора, а вполне официальный термин, использующийся в науке энзимологии. Тоже вот любопытно, что объект науки мы называем ферментом, а ее саму - не ферментологией, а энзимологией.
Без ферментов жизнь невозможна, эти вещества принимают самое деятельное участие в протекании практически всех биохимических процессов в организме, осуществляют обмен веществ. Кусочек шоколада уже во рту обрабатывается слюной и встречается с ферментом амилазой, которая разлагает сахар на глюкозу и фруктозу; в желудочном соке содержится пепсин, реннин, липаза и другие ферменты, расщепляющие белки, жиры и прочее на легкоусвояемые вещества. В поджелудочном соке кишечника содержится масса других ферментов, довершающих переваривание пищи. Слюна кровососущих насекомых (типа наших комаров) придумана Природой еще хитрее: в ней содержится фермент, предотвращающий свертывание крови жертвы и не дающий закрыться отверстию, проделанному в коже летучей тварью.
Поскольку переваривание пищи осуществляется при обязательном участии ферментов, эти биокатализаторы всегда интересовали диетологов. Именно на спекуляциях вокруг ферментов построена знаменитая диета Шелтона с раздельным питанием. Полуграмотный, а может быть, и сознательно лгавший с целью заработка, Шелтон говорил о необходимости поедания в одно время белков, в другое - углеводов и в третье - жиров. Причем есть помаленьку и много раз в день. Вместо трехразового питание по Шелтону становится примерно тридцатиразовым. Автор теории считал, что пищеварительные ферменты действуют при различных условиях, например при разной кислотности среды, и, таким образом, в момент переваривания белка углеводы "гниют" в сторонке. Только после завершения работы с белком начинается переваривание углеводов, уже заметно подгнивших к этому времени и изрядно отравивших организм.
Для подробного объяснения бредовости этой идеи потребовалось бы слишком много места - известно ведь, что один дурак может такое придумать, что десяти мудрецам потом не распутать. Поэтому просто поверьте, что теория Шелтона элементарно неверна уже хотя бы потому, что человек всю свою историю питался смешанной пищей и вполне себе выжил. К тому же несмешанной пищи просто не бывает: в любом куске мяса (белка) есть столько-то процентов жира, в горохе (углеводы) полно белка и так далее. Пищи, состоящей из одного-единственного компонента, не существует.
Однако даже теория Шелтона признает огромное значение ферментов. Недостаток некоторых из них вызывает появление специфических заболеваний. Например, генетически обусловленная недостаточность фермента лактазы приводит к непереносимости молока из-за содержания в нем молочного сахара - лактозы (брутто-формула такая же, как и у сахарозы). Обратите внимание: фермент лактаза предназначен для перерабатывания лактозы. Названия большинства ферментов так и устроены: берется основа названия вещества, на которое фермент действует, и прибавляется "аза".
Дефицит лактазы встречается почти у 20 % взрослого населения Северной и Средней Европы и почти у 100 % коренных народностей Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. Сторонникам утверждения об отсутствии украинской нации как таковой вряд ли будет приятно узнать, что частота дефицита лактазы у русских составляет 15 %, а среди украинцев намного меньше - только 6 %. Так что мы, возможно, даже не родные братья, а двоюродные.
Отсутствие фермента, действующего на аминокислоту фенилаланин, приводит к накоплению этого вещества в крови и появлению тяжелого заболевания - фенилкетонурии, - по симптомам напоминающего слабоумие (см. главу 3, раздел о подсластителях). Современный заменитель сахара аспартам содержит данную аминокислоту и поэтому не может использоваться такими больными, об этом всегда предупреждают этикетки напитков и жевательной резинки с аспартамом.
А пониженным содержанием у некоторых народностей Севера фермента алкогольдегидрогеназы, перерабатывающей этиловый спирт, часто объясняют быстрое возникновение алкоголизма у оленеводов и рыболовов. Кстати, в одном из фантастических рассказов Каттнера про семью мутантов Хогбенов папаша "научил" свои ферменты превращать сахар в спирт прямо в собственной крови и поэтому был способен напиваться даже в отсутствие спиртного, производя алкоголь из любой углеводной пищи. В сущности, Хогбен повторял в своем теле традиционный процесс получения браги, известный уже не одно тысячелетие. Надо думать, что примерно столь же давно было изобретено сыроделие. Млековегетарианцы, включающие в свой "безубойный" рацион молоко и сыр, должны все-таки знать, что для получения последнего молоко обрабатывают сычужным ферментом, полученным из желудков телят. Впрочем, недавно появилось сообщение о разработке заменителя этих желудков, и теперь у млековегетарианцов отпадает нужда лицемерить.
К сожалению, наука еще только подбирается к созданию лекарств или технологий, которые могли бы способствовать восстановлению необходимого человеку количества ферментов типа лактазы или алкогольдегидрогеназы. Но вот помочь организму, например, в пищеварении уже вполне возможно. Для этого всего лишь следует принимать определенные лекарства, которые продаются без рецепта. Типичным средством такого рода стали разнообразные ферментные препараты, представляющие собой смесь ферментов и составных частей желчи и обеспечивающие расщепление и всасывание жиров, белков и углеводов.
Таблетка такого препарата обычно содержит липазу, амилазу, протеазу и так далее, так что никакие вещества пищи не окажутся непереваренными. Выпускаются и жидкий "натуральный желудочный сок", представляющий собой смесь ферментов желудочного сока и соляной кислоты, панкреатин (фермент поджелудочной железы) и многое другое.
Кстати, о соляной кислоте: известно, что в желудочном соке ее довольно много, и выражение "способен переварить гвозди" ничуть не свидетельствует об особых качествах данного едока. Соляной кислоты HCl, необходимого вещества для работы наших пищеварительных ферментов, в желудке действительно столько, что гвоздь может постепенно переварить каждый гражданин Российской Федерации и даже иностранец. Но делать это не стоит, можно порезаться, так сказать, изнутри.
Чтобы закончить тему о ферментах, напомню, что сейчас стало очень модным добавлять их в стиральные порошки - это понятно, по самой своей сути ферменты обязаны разлагать (и соответственно отстирывать) жиры, белки и другие вещества, то есть удалять пятна майонеза и вина, яиц и крови, краску и пот. Важно только помнить, что стирать с ферментами можно при температуре не выше 50 °C, поскольку они не выдерживают высокой температуры. И тоже понятно почему. Ферменты - это ведь часть нас с вами, а мы при высокой температуре просто сварились бы.
А что касается стоимости человека… "Под каждым могильным камнем покоится целая вселенная", и важнейшими кирпичиками этого мироздания при жизни покойного были ферменты, по своему химическому составу представляющие собой белки (сейчас стало модно говорить на иностранный манер - протеины). Белки, даже не работающие в качестве ферментов, являются основой жизни. В советское время все школьники должны были заучивать выражение Фридриха Энгельса: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка".
Это определение, как и любое другое определение жизни, страдает одновременно неполнотой и избыточностью, но ничего не скажешь, Энгельс сумел оценить особую роль белков в живых существах. И ведь правда, сама жизнь возникла благодаря химическим реакциям, приведшим к образованию белков, да и суть жизни - это сумма миллионов химических реакций, протекающих с участием белков. Хотя Василий Аксенов в одной из своих повестей уверяет, что однажды в парижском метро он увидел надпись, сделанную с помощью аэрозольного баллончика и по-русски: "Жизнь - это смертельная болезнь, передающаяся половым путем". То есть дело в не химических реакциях, а в какой-то инфекции. И ведь действительно обидно, что наши мысли, чувства и поступки зависят от того, как прореагирует вещество А с веществом В в присутствии катализатора К, но тут уж ничего не поделаешь. Зато можно попытаться понять, как с помощью химических реакций возникла жизнь на планете Земля.
Глава 7
Химия жизни
Это не про знаменитый журнал "Химия и Жизнь", а именно про то, как Химия создала Жизнь, поэтому прежде всего необходимо ответить на "убийственное" возражение против атеистической химической теории происхождения жизни без участия Демиурга (творца). Звучит оно так: самопроизвольное образование наследственной молекулы ДНК из атомов углерода, азота, водорода и кислорода имеет вероятность 10 в минус 100-й (или 1000-й, это не важно) степени. Времени такая самосборка потребовала бы намного больше, чем время существования Вселенной. Близкую вероятность, к слову, имеет акт создания слепой обезьяной, случайно тюкающей по клавиатуре, текста "Войны и мира". Это возражение можно назвать статистической невозможностью самозарождения жизни на основе химических реакций.
Невероятная вероятность
Однако вероятностный подход к тайне происхождения жизни не слишком надежен. Например, известно описание спора между юным прозелитом от статистики и профессором математики. Первый с горящими глазами уверял второго, что вероятность увидеть случайно идущих друг за другом 50 только лишь мужчин без появления женщин и детей - оба при этом смотрели в окно на улицу - есть ничтожная, исчезающе малая величина. Профессор лишь улыбался, а вскоре по улице прошел полк солдат.
Так и в нашем случае. Мы не знаем пока механизма самосборки ДНК, однако очень может быть, что вероятность этого процесса повышают какие-то неясные пока факторы. Например, некоторые геологи считают, что совместная адсорбция необходимых атомов на кусочках пористых минералов ускоряет реакцию соединения этих атомов в миллиарды раз.
Кроме того, давно известен эксперимент, проведенный в 1953 году аспирантом Чикагского университета Стенли Миллером. Он заполнил колбу парами аммиака NH3, воды, метана CH4 и водорода и пропускал через эту смесь, похожую по составу на атмосферу древней Земли, электрические разряды. И получил-таки набор аминокислот, кирпичиков для построения белков. Тех самых, энгельсовских. Совсем недавно этот опыт был повторен самой Природой в Читинской области: молния ударила в стог и произвела на свет смолистую субстанцию, содержащую в том числе аминокислоты. В принципе они могли бы соединиться в белки и стать основой жизни. Но есть и другие теории, сейчас последует их перечисление.
Прежде всего "и увидел Он, что это хорошо". Жизнь создала не какая-то там химия, а Бог, в разных религиях называющийся по-разному. Слабость этой теории - в отсутствии доказательств и ответа на вопрос "а кто (что) создал Бога?". Ссылки на принципиальную непознаваемость Верховного Существа и "не ваше дело обсуждать Господа!" как-то не удовлетворяют.
Интеллектуальным вариантом этого креационизма (от латинского creationis - творение) является утверждение, что Большой взрыв, приведший к созданию Вселенной, и есть акт творения, совершенный все тем же Творцом, то есть Богом. Однако ответа на приведенный вопрос и эта теория не дает. Кстати, роскошная библейская стилистика "и увидел Он… и сказал Он…" является всего лишь ошибкой переводчиков с древнееврейского. Никакого "и" там нет, это всего лишь пропуск между частями предложения, нечто вроде современного тире. Согласитесь, "Он увидел - это хорошо" звучит не очень по-божественному, хотя и более правильно. Остроумной пародией на креационизм является рассказ Станислава Лема о встрече профессора Донда с Творцом. Выясняется, что жизнь на Земле возникла из-за того, что у Творца подгорела яичница.
Существует и совсем странная теория, утверждающая, что жизнь была занесена на Землю с других планет, из Космоса. Удивительно, но естественный вопрос "а там она откуда взялась?" авторов теории совсем не смущает и, кажется, даже не очень интересует. Хотя совершенно ясно, что ответов на этот вопрос может быть только два - один креационистский (Господь и так далее), а другой атеистический: сама собой возникла в результате каких-то химических реакций.
Теория космического происхождения жизни появилась еще в конце XIX века, а через сто лет была развита и активно пропагандировалась американским физиком Карлом Саганом, который даже придумал проект поиска внеземных цивилизаций. Саган полагал, что жизнь не только зародилась вне Земли, но и достигла там стадии техногенной цивилизации, - а значит, "зеленый человечки" должны уметь принимать и отправлять радиосигналы. Однако "человечки" так и не отозвались, чем подтвердили "парадокс Ферми": если во Вселенной бесконечное множество обитаемых миров, то почему же мы их не видим? Но неужели подтверждением существования внеземных разумных существ служит тот грустный факт, что они не желают идти с нами, дикарями с атомной бомбой, на контакт? Совсем недавно к такому мнению, которое автор этой книги высказал уже давным-давно, присоединился один заграничный ученый. Он считает, что внеземные цивилизации, скорее всего, прячутся от нас.
Другим способом преодоления статистической невозможности самозарождения жизни является теория коацерватов советского академика Александра Ивановича Опарина. Он предположил, что первоначально белки и другие сложные органические молекулы могли возникнуть в водной среде, в первичном океане планеты. И это действительно возможно, хотя бы под действием все тех же молний. Далее эти сложные молекулы могли объединяться в коацерваты, такие крупные органические образования, как клецки, плавающие в первичном бульоне-океане. Внутри капель-коацерватов, согласно этой теории, могли начаться реакции, приводящие к образованию еще более сложных веществ, причем часть из них покидала коацерват. То есть налицо основные признаки жизни - рост, развитие, размножение, обмен веществ. А поскольку все происходит в ограниченном объеме, то вероятности реакций резко возрастают и статистическая невозможность преодолена. Слабостью теории является ее полная умозрительность и отсутствие хоть каких-либо доказательств. А также личность самого Опарина, который активно поддерживал негодяя Лысенко и псевдоученую даму Лепешинскую, разработавшую уже совсем дурацкую теорию происхождения жизни. Хотя основное утверждение теории Опарина - все мы вышли из воды - большинство неверующих ученых принимают.
Не наше дело
В начале XVII века забавную теорию придумал алхимик Ван Гельмот. Причем подтвердил ее экспериментально! Ученый считал, что жизнь образуется сама по себе при подходящих условиях. Например, мыши появляются в корзине для грязного белья, в которую добавили немного пшена, а затем поместили ее в темное место. Эксперимент оказался удачным, кошка Ван Гельмота отлично поужинала. Самое забавное, что теория продержалась до конца XIX века, пока великий Пастер не доказал, что она не работает даже на уровне микроорганизмов: в пастеризованной (кипяченой) воде никакие микробы сами собой не появляются.
Но чтобы не ломать голову над проклятым вопросом о происхождении жизни, теоретики "стационарного состояния" нагло заявили, что жизнь, как и вообще Вселенная, была всегда - и обсуждать здесь нечего, потому что уяснить себе понятие вечности человек не в состоянии. При всей несерьезности этой теории у нее есть одно достоинство - действительно, о проблеме можно больше не думать и заняться наконец каким-нибудь полезным делом - хотя бы на майские праздники выбросить уже наконец новогоднюю елку.