Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980
Как молекулы соединяются друг с другом
Принцип комплементарности
Все клетки построены из молекул, поэтому ясно, насколько велика роль механизмов, при помощи которых эти молекулы достаточно прочно «состыковываются» друг с другом. Известно, что связывание малых молекул с большими лежит в основе многих биологических процессов, например метаболизма питательных веществ и действия гормонов. Взаимодействие между макромолекулами является составной частью таких явлений, как движение жгутиков, мышечное сокращение, действие антибиотиков, передача нервных импульсов и многих других.
Поскольку межмолекулярные взаимодействия слабы, молекулы способны достаточно прочно связываться друг с другом, только если есть соответствие между их поверхностями, а во взаимодействии участвует большое число атомов. Для образования прочного комплекса соответствие должно быть достаточно точным, т. е. поверхности молекул должны быть комплементарными. Так, если на поверхности одной молекулы имеется выступ (например, группа —СН3), то на комплементарной ей поверхности другой молекулы должно быть углубление; напротив положительного заряда должен быть расположен отрицательный. Группа, способная отдавать протон, может образовать водородную связь только в том случае, если есть комплементарная группа, содержащая неподеленные электроны. Для образования гидрофобных связей неполярные (гидрофобные) группы должны располагаться одна против другой. Один из наиболее важных принципов биохимии гласит: две молекулы, поверхности которых комплементарны, стремятся взаимодействовать и соединяться друг с другом, тогда как молекулы, не содержащие комплементарных поверхностей, не взаимодействуют. Уотсон назвал это принципом избирательной «слипаемости» молекул [1]. Он лежит в основе самосборки нитей, трубочек, мембран и полиэдрических структур из взаимно комплементарных биологических макромолекул. Принцип комплементарности ответствен также за специфическое спаривание оснований в процессе репликации ДНК.
Комплементарность поверхностей не менее важна и для множества химических реакций, протекающих в клетке. Эти реакции катализируются, или «направляются», ферментами, содержащими реакционноспособные химические группы, которые расположены в строго определенном месте и ориентированы таким образом, чтобы иметь возможность взаимодействовать с другими молекулами — субстратами и химически модифицировать их. Избирательный катализ — это характерная особенность биологических систем; основные усилия биохимиков направлены на изучение именно этого вопроса. Изменения структуры клетки тоже в конечном счете обусловлены химическими реакциями. Прекрасными примерами таких изменений могут служить сокращение мышечных волокон и движение цитоплазмы у амебы.