Книга: Биологически активные

Будучи связанными

Будучи связанными

Итак, вещества не действуют, не будучи связанными. Как и всякая лаконичная и эффектная формула, принцип Эрлиха нуждается в довольно пространном комментарии. Ибо таково уж свойство классических максим: они дают ответ на один вопрос, но порождают несколько новых. В нашем случае прежде всего необходимо внести ясность в понятие связывания. В самом деле, чтобы вызвать какую-то реакцию протоплазмы, клетки, органа, целого организма, нужно, чтобы молекулы использованного вещества как-то провзаимодействовали с чем-то внутри этого организма или клетки, ведь на расстоянии не повоздействуешь...

Постойте, возразит образованный читатель, как это не повоздействуешь? А радиоактивные вещества? Они-то уж могут оказывать влияние на организмы даже на значительном удалении. Ну что же, еще один недостаток всяких лаконичных «принципов» и «законов»: размышляя над ними, легко впасть в буквоедские умствования, отдающие схоластикой и, как правило, уводящие в сторону от основных закономерностей, для выражения которых и были сформулированы злополучные принципы или законы. И стандартное поползновение всякого, кто начинает осмысливать такую вот формулировку, найти противоречащий ей пример (одно время в отечественной научной литературе для определения такого примера бытовало хорошее слово «гегенбайшпиль»). Именно по этому пути мы и двинулись, вспомнив о радиоактивных веществах, которые могут действовать на живые объекты на расстоянии.

Нет, пожалуй, все же это не совсем удачный гегенбайшпиль. Ведь в самом деле, на организм действуют не сами радиоактивные вещества, а испускаемые ими излучения. Совершенно неважно, вследствие распада каких радиоактивных элементов (или иных физических процессов) возникли эти излучения, важны лишь их вид, интенсивность, другие характеристики. Если это ?-лучи (поток ядер гелия) или ?-лучи (поток электронов), то следует говорить о «связывании» или «взаимодействии» именно этих веществ с органической материей – а такое взаимодействие налицо. Что же касается ?-лучей (жесткое рентгеновское излучение), здесь возникает вопрос о том, можно ли считать ?-кванты веществом. Физические авторитеты утверждают, что да; следовательно, для тех, кто с ними согласен, принцип Эрлиха оправдан и в этом случае, если кто-то придерживается отличного мнения, тем более что ведь Эрлих говорил именно о веществах, а не об излучениях.

Словом, не состоялся наш гегенбайшпиль, да и бог с ним, очень уж он увел нас в сторону от сути дела. Вернемся к исходному вопросу: что понимать под «связыванием»?

Для начала рассмотрим, за счет каких сил молекулы нашего вещества могут связываться с какими-либо компонентами протоплазмы да и, впрочем, не только протоплазмы.

Это может быть ковалентная связь, которая при написании структурных формул обозначается обычно черточкой. Она образуется за счет возникновения общей для связываемой пары атомов системы из двух электронов. Это весьма прочная связь, для ее разрыва, например, в молекуле органического соединения нужно затратить около сотни килокалорий на один моль. Если эта связь двойная, раза в полтора больше: в ее образовании принимают участие две пары электронов.

Некоторые функциональные группы, содержащие водород, такие, как –OH, –NH – и другие, способны к образованию так называемой водородной связи. Их частым партнером по такой связи оказывается карбонильная группа > C = O. Если кислород этой группы окажется вблизи, скажем, того же гидроксила, протон гидроксила, обладая сродством к обоим атомам кислорода, обусловит влечение этих групп друг к другу. При этом четыре атома: углерод, кислород, водород и опять кислород – будут стремиться расположиться в одну линию. При записи водородная связь обозначается обычно пунктиром: > C = O...H–O–. Водородная связь намного слабее ковалентной; для ее разрыва нужно одна-три, редко больше килокалорий на моль.

Некоторые атомы или функциональные группы несут электрический заряд; очевидно, такие противоположно заряженные центры также могут благодаря чисто электростатическим взаимодействиям связываться друг с другом. Сила такого взаимодействия зависит от окружения; например, в водной среде – случай, особенно нас интересующий, – оно очень ослабляется.

Существуют также весьма слабые и короткодействующие силы притяжения между атомами и функциональными группами, электрически нейтральными и не склонными к образованию водородной связи. Их энергия убывает обратно пропорционально шестой степени расстояния между центрами; в случае, например, максимально сближенных молекул метана она составит всего несколько десятых килокалории на моль.

Наконец, часто говорят о так называемых гидрофобных взаимодействиях. Можно иметь претензии к использованию здесь именно термина «взаимодействие», поскольку... Впрочем, лучше рассказать все по порядку.

Из повседневного опыта мы знаем, что существуют вещества, легко смачиваемые водой, и вещества, не смачиваемые вовсе. Если, например, нанести каплю воды на пленку из целлофана, она немедленно растечется по ее поверхности, если же это будет пленка из полиэтилена, соберется шариком.

В первом веществе в изобилии содержатся хорошо взаимодействующие с водой полярные группы, в частности, гидроксильные, способные образовывать водородные связи с молекулами воды. Появление таких связей сопровождается выделением энергии, поэтому и возникает тенденция к максимальному увеличению поверхности контакта пленки и воды.

В случае полиэтилена, состоящего сплошь из неполярных метиленовых групп –СН₂–, подобные взаимодействия отсутствуют, но капля, казалось бы, все же должна растечься по поверхности пленки просто под действием силы тяжести. Этого, однако, не происходит, капля лишь чуть сплющилась. Вода не только не испытывает никакого сродства к полиэтилену, но и стремится всячески избегать контакта с ним.

Как известно, при замерзании воды выделяется энергия – около 0,15 килокалории на моль. Это цена упорядочения структуры; для нас пока неважно, из каких составляющих она слагается. На поверхности контакта воды с любым неполярным веществом, тем же полиэтиленом, возникает пленка льдоподобной структуры; контакт с инертным полиэтиленом оказывает упорядочивающее действие. Таким образом, стремление воды не приходить в соприкосновение с полиэтиленом или парафином есть стремление избегать льдообразования при комнатной температуре, на что, как мы говорили, пришлось бы затратить энергию.

Пусть две неполярные молекулы, скажем, того же метана, оказались в воде. Наиболее низкоэнергетической, а следовательно, наиболее стабильной ситуацией окажется такая, при которой они сошлись вплотную друг с другом – суммарная площадь контакта воды с поверхностью метана минимальна. Точно по той же причине две капли жира на поверхности супа охотно сливаются в одну, чтобы поверхность контакта с водой была поменьше.

Наблюдая за слипанием двух молекул метана в воде, можно объявить его результатом их взаимодействия. И в самом деле, для определения эффектов подобного рода введен термин «гидрофобные взаимодействия». Гидрофобия, или водобоязнь, – старое название бешенства, так что читателям, знакомым с таким значением этого слова, использование его в новой роли покажется, возможно, странным. Гидрофобными называют и вещества, и функциональные группы, и поверхности, не смачиваемые водой; недавно даже появилась в продаже гидрофобная смазка для ухода за обувью.

Здесь, мне кажется, скрывается определенная неточность. Вряд ли можно говорить о «водобоязни» того же парафина или полиэтилена. Не они воды боятся, или избегают, или не приемлют, а как раз наоборот, вода «избегает» контакта с ними, собираясь в капельку. Также и «взаимодействие» двух молекул метана в воде проявляется не в том, что они сами притягиваются друг к другу: их подталкивает, выталкивает в этом направлении вода.

Впрочем, термин «гидрофобные взаимодействия» уже настолько прочно устоялся в специальной литературе, что вряд ли удастся искоренить его рассуждениями подобного рода, да это совершенно и не входит в мои намерения; я хотел лишь подчеркнуть особенный характер этой группы взаимодействий, играющих к тому же важную роль в механизмах проявления биологической активности многих соединений как раз на этапе их связывания структурами клетки. Без чего, как мы уже знаем...