1.3. Структура данной книги
Настоящая книга состоит из пяти частей, посвященных следующим основным вопросам.
I. Конформация и динамика.
II. Генерирование и хранение метаболической энергии.
III. Биосинтез предшественников макромолекул.
IV. Генетическая информация.
V. Молекулярная физиология.
Часть I посвящена главным образом описанию взаимосвязи между трехмерной структурой и биологической активностью на примере белков, Подробно рассматриваются структура и функция миоглобина и гемоглобина-белков, транспортирующих кислород у позвоночных, поскольку на этом материале можно проиллюстрировать некоторые общие принципы. Гемоглобин представляет особенно большой интерес в связи с тем, что связывание им кислорода регулируется специфическими веществами окружающей среды. Описывается также молекулярная патология гемоглобина, в частности серповидноклеточная анемия. В разделе, посвященном ферментам, мы познакомимся с тем, каким образом происходит узнавание субстрата ферментом и как фермент может увеличивать скорость реакции в миллион и более раз. Подробно описываются такие ферменты, как лизоцим, карбоксипептидаза А и химотрипсин, при изучении которых были выявлены многие общие принципы катализа. В несколько ином аспекте излагается вопрос о конформации в главе, посвященной двум белкам соединительной ткани - коллагену и эластину. Заключительная глава части I служит введением в проблему биологических мембран, представляющих собой организованные белково-липидные комплексы. Наличие мембран в биологических системах обеспечивает создание в клетке отдельных компартментов (отсеков).
Часть II посвящена вопросам образования и накопления энергии обмена веществ. В первую очередь рассматривается общая стратегия метаболизма. В клетках происходит превращение энергии из «топливных» молекул в АТР. Образующийся АТР в свою
Рис. 1.8.
Структура фермент-субстратного комплекса. К карбокси-пептидазе А (гидролитический фермент) присоединен глицил-тирозин (изображен красным). Показана только одна четверть фермента. [Lipscomb W. Н., Ргос. Robert А. Welch Found. Conf. Chem. Res., 15, 141 (1971)].
Рис. 1,9,
Модель CDP-диацилглицерола - активированного промежуточного продукта в синтезе ряда мембранных липидов.
очередь обеспечивает протекание большинства эндергонических процессов (т.е. процессов, идущих с потреблением энергии). Наряду с АТР в клетках происходит также образование восстановительных эквивалентов в форме ник отинамиддинуклеотид фосфата (NADPH), расходуемого в процессах биосинтеза. Пути образования АТР и NADPH описываются подробно. Например, образование АТР при расщеплении глюкозы требует последовательного протекания трех процессов-гликолиза, цикла трикарбоновых кислот (называемого также лимоннокислым циклом, или циклом Креб-са) и окислительного фосфорилирования. Последние два процесса участвуют также в образовании АТР при окислении других энергетических ресурсов, а именно жиров и некоторых аминокислот. Этот пример иллюстрирует принцип экономности на молекулярном уровне. В части II рассматриваются также две основные формы накопления энергетических ресурсов в клетках, а именно гликоген и гриацилглицеролы (нейтральные жиры). Заключительная глава этой части книги посвящена фотосинтезу, первичная реакция которого - активированный светом перенос электрона от одного вещества к другому против градиента химического потенциала.
В части III рассматривается биосинтез предшественников макромолекул. Начинается эта часть с описания синтеза мембранных липидов и стероидов. Особый интерес представляет синтез холестерола, 
-стероида, все углеродные атомы которого образуются из двууглеродного предшественника. В следующей главе обсуждаются реакции, ведущие к синтезу ряда аминокислот и гама. Механизмы регуляции этих путей обмена веществ имеют фундаментальное значение, Далее рассматривается биосинтез нуклеотидов-активированных предшественников ДНК и РНК. Заключительная глава посвящена интеграции
Рис. 1.10.
Электронная микрофотография молекулы ДНК. (Печатается с любезного разрешения д-ра Т. Broker.)
процессов обмена веществ. Из нее читатель узнает, каким образом реакции, идущие с выделением энергии, и реакции, идущие с ее потреблением, оказываются сбалансированными и обеспечивают нужды организма.
Накопление, передача и экспрессия (выражение в фенотипе) генетической информации составляют основную тему части IV. В начале описываются эксперименты, показывающие, что ДНК является генетическим материалом, а также история открытия двойной спирали ДНК. Затем следует описание ферментативного механизма репликации ДНК. Далее мы перейдем к экспрессии генетической информации, заключенной в ДНК, начав с описания данных о роли информационной РНК как промежуточного переносчика информации. Затем рассматривается процесс транскрипции, т. е. синтез РНК в соответствии с инструкциями, заключенными в матричной ДНК. Из этого логически вытекает описание генетического кода, т.е. взаимосвязи между последовательностью оснований в ДНК (или в транскрибируемой с нее информационной РНК) и последовательностью аминокислот в соответствующем белке. Генетический код, общий для всех живых организмов, прекрасен своей простотой. Три основания составляют кодон - единицу кода, соответствующую одной аминокислоте, Кодоны в информационной РНК последовательно считываются молекулами транспортных РНК, которые выполняют роль адаптеров в синтезе белка. Далее мы переходим к механизму белкового синтеза, а именно к процессу трансляции, в ходе которого четырехбуквенный алфавит нуклеиновых кислот, в котором каждая буква представлена соответствующей парой оснований, переводится в 
-буквенный алфавит белков, Трансляция происходит на рибосомах и обеспечивается координированным взаимодействием более чем сотни различных высокомолекулярных соединений. В следующей главе описывается регуляция экспрессии генов у бактерий, причем основное внимание уделяется оперо-нам лактозы и триптофана у Е. coli, как наиболее изученным в настоящее время. Далее обсуждаются результаты последних исследований экспрессии генов у более высокоорганизованных организмов (т.е. у эукариот), отличающихся от бактерий (прокариот) более высоким содержанием ДНК и наличием оформленного ядра, что обеспечивает дифференцировку клеток. Затем рассматриваются размножение вирусов и сборка вирусных частиц.
Рис. 1.11. Модель 11-цис-ретиналя - светопоглощающей структуры в родопсине. Изомеризация этого хромофора под действием света является первым этапом процесса зрительного восприятия.
Процесс сборки вирусных частиц иллюстрирует общие принципы образования высокоупорядоченных структур из биологических макромолекул. Особое внимание уделено вирусам, вызывающим раковые опухоли у экспериментальных животных. Заключительная глава части IV посвящена образованию новых генов путем рекомбинации, а также обсуждению вопроса о значении клонирования ДНК.
Часть V, озаглавленная «Молекулярная физиология», представляет собой переход от биохимии к физиологии. При изложении материала здесь используются многие из концепций, сформулированных в предыдущих разделах книги, поскольку физиологии приходится иметь дело с информацией, кон-формацией и процессами метаболизма в их взаимосвязи. Вначале описывается организация клеточных мембран и оболочек бактериальных клеток и выясняется вопрос, каким образом клетка определяет положение синтезируемых ею белков, Далее следует изложение молекулярных основ иммунного ответа: как организм узнает чужеродные вещества. В следующей главе речь идет о проблеме преобразования энергии химических связей в координированное движение. Как показали исследования последних лет, актин и миозин-основные белки мышц-выполняют функцию сокращения в большинстве клеток высших организмов. Далее описываются молекулярные основы
действия гормонов, причем особое внимание уделяется некоторым общим темам. Затем мы переходим к транспорту молекул и ионов, в частности 
Молекулярные ионные насосы, локализованные в мембранах, транспортируют ионы, создавая градиенты их концентрации, лежащие в основе возбудимости. В последней главе, посвященной сенсорным процессам, рассматриваются следующие вопросы: каким образом потенциал действия распространяется по нервным клеткам и проходит через синапс? Как одиночный фотон возбуждает палочку в сетчатке глаза? Каким образом бактерии определяют источник пищи в среде и движутся в направлении к нему?
Одна из наиболее привлекательных особенностей биохимии состоит в том, что эта наука постоянно расширяет наши представления о биологических процессах на всех уровнях организации живого.
