Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— Выглядит несколько сложновато, — заметил мистер Томпкинс.

— Если поместить АТФ в воду, — продолжал Сент, — то произойдет, особенно в присутствии определенных ферментов, следующая реакция:

А-Ф-Ф-Ф + Н 2О —> А-Ф-Ф + Ф.

Иначе говоря, один из фосфатов отщепится, и образуется соединение, которое мы называем АДФ, или аненозиндифосфорной кислотой. Некоторое количество АТФ образуется из АДФ и фосфорной кислоты в результате обратной реакции, но длинная верхняя стрелка указывает на то, что АТФ распадается гораздо быстрее, чем образуется, поэтому когда достигается равновесие, АДФ в растворе оказывается гораздо больше, чем АТФ. Поэтому мы говорим, что АТФ обладает способностью спонтанно вырождаться в АДФ. Подобно тому, как коллагеновая машина работает, когда смешиваются соль и пресная вода, мышца работает, используя энергию, которая выделяется при переходе АТФ в состояние «АДФ и фосфорная кислота».

— Это достаточно понятно, — сказал мистер Томпкинс. — Какая же проблема, связанная с работой мышц, остается нерешенной?

— Проблема, над решением которой мы бьемся, заключается в выяснении того, какого рода машина может извлекать механическую энергию из этой реакции. Как вам известно, соль растворяется в пресной воде, но для того, чтобы построить машину, которая могла бы использовать это обстоятельство, требуется проявить смекалку. Сконструировав машину, которую мы называем мышцей, природа проявила необычайную смекалку.

— Но вы только что продемонстрировали мне, как сокращается актомиозин, — удивился мистер Томпкинс. Сент улыбнулся:

— Это только начало. Действительно, если мы добавим АТФ то актомиозин сократится, хотя и весьма слабо. Но реальная мышца — это нечто гораздо большее, чем комок актомиозина. Гораздо большее потому, что она должна делать гораздо больше. Мышца должна сильно и быстро сокращаться, а затем расслабляться и отдыхать до следующего сокращения. Она должна сокращаться, только если нерв передает ей команду сократиться, мышца должна вырабатывать АТФ, которая снабжает ее энергией. Наконец, не следует забывать о том, что со временем все молекулы, из которых состоит мышца, распадаются и подлежат замене, поэтому мышца должна знать, как синтезировать все белки и другие вещества, образующие ее. Вероятно, чтобы понять, что такое мышца, лучше всего взглянуть на нее сначала невооруженным глазом, а затем под все большим и большим увеличением, пока мы не дойдем до отдельных молекул.

В вашем теле встречаются молекулы всех размеров. Они не только связаны с костями и могут двигать тело, но и снабжены кровеносными сосудами, по которым к ним подводятся питательные вещества, а отводятся отходы жизнедеятельности. Кроме того, мышцы связаны с нервами, по которым к ним поступает сигнал из мозга, сообщающий мышце, когда ей нужно сократиться. Но каковы бы ни были величина и функция любой мышцы, она, как и любая другая ткань тела, состоит из клеток, мышечные клетки такие длинные и тонкие, что иногда их называют мышечными волокнами. Вы легко сможете понять, как устроена мышца, если представите себе мышечное волокно как трос, который состоит из более тонких тросов, в свою очередь скрученных из еще более тонких тросов размером с большую молекулу. В этом отношении мышца очень напоминает тросы, на которых держатся подвесные мосты. Вот, взгляните, пожалуйста, сначала в микроскоп с малым увеличением.

— А что это за странные поперечные полоски в мышечном волокне? Что это такое? — спросил мистер Томпкинс.

— В этих полосках — ключ к пониманию того, как работает мышца, — ответил Сент. — Но прежде чем я начну объяснения, взгляните на следующий препарат. Мышечное волокно здесь растрепано, чтобы стали видны следующие по величине меньшие волокна —миофибриллы. Они длинные, а в толщину составляют около 1 микрона.

— Я вижу, что миофибриллы разделены на полоски так же, как и мышечные волокна, — заметил мистер Томпкинс.

— Совершенно верно. Полосатая структура мышечных волокон (мы называем ее стриацией) объясняется тем, что полосы миофибрилл в свою очередь подразделяются на полосы, и эти полосы прилегают вплотную одна к другой, как напоказ, по всему мышечному полотну.

Стриация состоит из более широких темных полос, прерываемых более тонкими светлыми полосками. По одной из полосок проходит темная линия, которая называется Z-линией.

— Очень интересно, — проговорил мистер Томпкинс. — И вы утверждаете, что именно в этих полосах хранится тайна мышечного сокращения?

— Если не вся тайна, то по крайней мере значительная часть ее.

Чтобы разобраться в том, что такое полосы, нам понадобится увеличение, даваемое электронным микроскопом. Это можно видеть на фотографии крыла шмеля. Если вы пройдете со мной в соседнюю комнату, то я покажу вам, как делаются такие снимки.

Сент открыл ключом дверь и ввел мистера Томпкинса в небольшую темную комнату, Там находилось странное сооружение размером с письменный стол. — Бросалась в глаза деталь, напоминавшая по внешнему виду телевизионную трубку, и панель управления, загадочно мерцавшая всевозможными шкалами, переключателями и индикаторами.

— Так вот он какой! — воскликнул мистер Томпкинс. — Я неоднократно слышал об электронном микроскопе, но видеть его мне не приходилось. Скажите, пожалуйста, он действительно дает такое сильное увеличение, что позволяет видеть отдельные атомы?

— Нет, — улыбнулся Сент, — не совсем, но он позволяет видеть более крупные белковые молекулы и это вполне впечатляет. Ведь то что вы можете видеть с помощью электронного микроскопа, по крайней мере в 100 раз меньше, чем самые мелкие объекты, различимые в обычный оптический микроскоп.

— А почему нельзя сделать оптический микроскоп с таким же увеличением? Потому что трудно шлифовать линзы? — спросил мистер Томпкинс.

— Нет, — ответил Сент, — причина не в нашей технологии, а в природе света, как вам известно, свет представляет собой электромагнитные волны длиной примерно в один микрон в видимом диапазоне, в несколько микронов — в инфракрасной области и в доли микрона — в ультрафиолетовой области. Если тело значительно больше длины волны света, который мы используем для его наблюдения, то вы получаете четкое изображение, показывающее его детальную структуру. Но если тело меньше используемой длины волны, то происходит дифракция, и вы получаете лишь расплывчатое пятно диаметром, сравнимым с длиной света. Если вы хотите покрасить стену вашего дома, то вы, естественно, возьмете большую кисть. Художники расписывают стены или рисуют большие картины кистями гораздо меньших размеров —размеры их кистей меньше размеров предметов, изображаемых на картине.