ЧАСТЬ II. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ
И мы, люди, и все другие живые существа устроены очень сложно. Многие смутно осознают, что эта сложность поддерживается пищей, потребляемой организмом и в нем перерабатываемой. Для физика, однако, живые организмы составляют проблему, имеющую особый интерес, поскольку их существование, казалось бы, противоречит одному из фундаментальных законов физики. Согласно этому закону, известному как второй закон термодинамики, организованные скопления материи стремятся к дезорганизации, т. е. стремятся со временем перейти в более неупорядоченную, неорганизованную форму. Теперь мы знаем, что живые клетки тоже подчиняются этому закону. Они только «обходят» его, поддерживая свою внутреннюю упорядоченность в динамическом стационарном состоянии за счет питательных веществ и свободной энергии, получаемых из внешней среды и преобразуемых в процессе метаболизма.
Чтобы составить себе представление о путях клеточного метаболизма, о его энергетике и динамике, нам следует начать наше рассмотрение с энергетических изменений, характеризующих отдельные химические реакции, катализируемые ферментами в условиях постоянства температуры и давления, т. е. в тех условиях, которые существуют в клетках. Мы узнаем при этом, каким образом катализируемые ферментами реакции могут объединяться в цепи, или системы, благодаря наличию общих промежуточных продуктов, что обеспечивает возможность эффективного переноса химической энергии. Далее мы познакомимся с центральными метаболическими путями, или последовательностями ферментативных реакций, приводящими к расщеплению главных питательных веществ - углеводов, жиров и аминокислот с одновременным запасанием части содержащейся в них свободной энергии в форме энергии АТР. После этого мы рассмотрим, этап за этапом, некоторые важные центральные пути биосинтеза, на которых главные макромолекулы клетки строятся из простых молекул-предшественников за счет химической энергии. Скорость этих метаболических путей - как синтеза, так и распада - находится под контролем и регулируется очень тонкими и чувствительными механизмами. Результатом всей этой активности, включающей координированную активность сотен ферментов, является фантастически сложная сеть ферментативных реакций, действующая столь же эффективно, как компьютер, чтобы обеспечить сохранение и поддержание внутренней упорядоченности клеток, несмотря на колебания, происходящие во внешней среде.
