Рассказы о биоэнергетике - Скулачев Петрович

Вскоре Либерман придумал простой метод измерения «чудо-ионов», и мы получили возможность непрерывно следить за концентрацией этих ионов в растворе.

Проникающие синтетические ионы вели себя в полном соответствии с предсказанием хемиосмотической гипотезы. При включении дыхания катионы послушно направлялись внутрь митохондрий, к минусу, а анионы наружу, к плюсу. Мы назвали это явление электрофорезом проникающих ионов (по аналогии с известным методом разделения заряженных веществ в электрическом поле). Но действительно ли дело в электрофорезе?

Что же, давайте еще раз проверим предсказательную силу «электрической» концепции.

Если обработать митохондрии ультразвуком, они распадутся на мелкие замкнутые пузырьки, окруженные как бы вывернутой наизнанку мембраной: в пузырьках грибовидные выросты АТФ-синтетазы смотрят наружу, в то время как в митохондриях они обращены внутрь. Изменение ориентации мембраны должно повлечь за собой и изменение направления электрического поля.

Опыт — и вновь удача! При дыхании или гидролизе АТФ наблюдалось поглощение анионов (а не катионов, как в опытах с митохондриями).

И в митохондриях, и в вывернутых пузырьках эффекты дыхания и АТФ полностью предотвращались разобщителями-протонофорами.

Когда я доложил результаты наших опытов на съезде европейских биохимиков в Мадриде в 1969 году, это вызвало яростную атаку со стороны Чанса. Он сразу понял, что работа с синтетическими ионами позволяет заполнить недостающее звено в цепи доказательства «электрической части» Митчеловой схемы. Чане четырежды выступал по поводу моего семиминутного сообщения, и мне пришлось мобилизовать все резервы, чтобы сдержать грозного противника.

Вернувшись из Испании, Чане тотчас воспроизвел опыты с синтетическими ионами. Для уточнения деталей был послан в Москву его «полномочный представитель» доктор А. Гозалбес. Осенью того же 1969 года в одном из биохимических журналов появилось сообщение Б. Чанса и соавтора, где эффект проникающих ионов был воспроизведен и истолкован в рамках схемы Митчела. Казалось, теперь уж наш капитан действительно спустил паруса.

Впоследствии проникающие синтетические ионы были неоднократно использованы в других лабораториях. Этим методом было выявлено образование разности электрических потенциалов на митохондриях из разных тканей, на бактериях и хлоропластах, то есть на всех основных типах мембранных структур, в которых образуется АТФ. Чтобы не перечислять каждый раз непривычные названия синтетических ионов, Д. Грин предложил всех их назвать «Скулачев-ионами», обозначая катионы Sk+, а анионы Sk-. Это, конечно, глубоко несправедливо, ведь за «чудо-ионами» ездил на машине не я, а Либерман.

История повторяется

Симпозиум по биоэнергетике 8-го Международного биохимического конгресса был вынесен в Люцерн. Других симпозиумов в сентябрьские дни 1970 года в Люцерне не проводилось, и потому любой оказавшийся там биохимик наверняка имел представление о митохондриях, П. Митчеле и Б. Чансе. Здесь можно было спокойно обсудить «классическую проблему» биоэнергетики, не опасаясь, что ваш собеседник на полуфразе вдруг сорвется с места и побежит на заседание слушать тех, кто синтезирует гены.

Собрание в Люцерне производило немного странное впечатление. Всюду царила та атмосфера напряженного ожидания, что возникает в компании, когда все уже в сборе, кроме виновника торжества. В торопливой и сбивчивой манере прочел свой доклад П. Митчел. Против него вновь выступили Э. Слейтер, Л. Эрнстер, Ф. Аццоне. Англичанин отвечал необычно резко, раздраженно. Его противники запальчиво возражали. Нельзя было не заметить, что в их докладах вновь появились варианты старой химической схемы, с которыми они вряд ли решились бы выйти на трибуну год назад. И снова Чане яростно отрицал право хемиосмотической концепции на существование, будто не он, а его двойник печатно признал в прошлом году Митчелово кредо.

— Вы видели статью Хантера? — В обращенном ко мне вопросе Митчела с трудом скрывается тревога.

В кулуарах Люцернского симпозиума о Хантере говорили все, хотя сам он в Швейцарию не приехал. Всеобщее возбуждение вызвала серия из четырех статей за подписью А. Пэйнтер и Ф. Хантера, появившаяся в одном из последних номеров «Сообщений по биохимии и биофизике». Сам факт, что этот международный журнал, предназначенный для срочных кратких публикаций, отступил от своих правил и принял целую серию статей одних и тех же авторов, свидетельствовал о сенсационном характере представленных материалов. Знакомство с работой подтверждало это впечатление.

В статьях Пэйнтер и Хантера из университета в Сент-Луисе сообщалось о синтезе АТФ в водном растворе, содержащем всего один небольшой по размеру белок — цитохром с. Процесс прекращался разобщителями, хотя никаких мембран в системе не было и не могло быть.

Этот результат оказался в вопиющем противоречии с концепцией Митчела. Его подтверждение означало бы конец хемиосмотической гипотезы: ведь у Пэйнтер и Хантера не было двух отсеков, разделенные преградой, и потому не могло происходить никакого разделения кислоты и щелочи, положительных и отрицательных зарядов!

Эпиграфом к одной из глав своей книги «Биоэнергетические механизмы» Э. Ракер взял слова Т. Гексли: «Трагедия науки: один гнусный маленький факт убивает прекрасную гипотезу». Но как человек, умудренный опытом современной биохимии с ее хитросплетениями путей обмена веществ и длинными рядами логических построений, Ракер, мудрый Ракер так комментировал великого биолога — «наблюдателя природы» прошлого века: «Давайте, однако, принимать эти гнусные факты такими, как они есть: в лучшем случае это косвенные данные, а подчас и артефакты. Прежде чем выносить заключение об убийстве, удостоверимся, что перед нами действительно труп. Хорошая гипотеза, право же, стоит нескольких гнусных маленьких фактов и нескольких сот негативных экспериментов».

Вернувшись в Москву, я прежде всего решил повторить опыты Пэйнтер и Хантера, благо их система была до чрезвычайности простой. Первые попытки — и неудача. Может быть, не те реактивы? Возьмем другие и проведем реакцию еще раз...

Эта проверка стоила мне нескольких седых волос, а нашей аспирантке Т. Гудзь пары месяцев короткого аспирантского срока. Стремясь повторить чужой опыт, я не надеялся на лавры победителя (они все равно достались бы Хантеру в случае подтверждения его работы). Отрицательный результат также не продвигал нас вперед Он мог лишь приглушить голос сомнения (а вдруг тогда, пять лет назад, в Варшаве, я ступил на ложный путь и повел своих товарищей «дорогой никуда», которых так много в науке?). Так кто же прав: Ф. Хантер там, в Сент-Луисе, или мы здесь, в Москве?

Еще до опытов по проверке Пэйнтер и Хантера я написал в отчете о Люцернском симпозиуме для «Успехов современной биологии»: «Известный оптимизм в отношении результатов предполагаемой проверки внушает огромный опыт Хантера в области окислительного фосфорилирования... По широте фронта исследований них продуктивности группа в Сент-Луисе всегда уступала ведущим американским центрам, таким, как лаборатории Ленинджера, Чанса, Грина, Ракера. Однако работы Хантера, не слишком яркие по своему значению, неизменно отличались высоким запасом прочности: за двадцатилетний срок ни одна из них не была опровергнута или поставлена под сомнение. Вот почему публикация Хантера была воспринята без того скепсиса, с которым встречали в последнее время любые работы, претендующие на решение проблемы окислительного фосфорилирования»

...Спустя несколько месяцев до нас дошел слух, что все данные сенсационных статей двух американцев фальсифицированы. Вскоре стали известны подробности этого нового скандала в биоэнергетике. Пэйнтер, как за шесть лет до этого Уэбстер у Грина, использовала разброс данных по включению меченого фосфата в АТФ, чтобы убедить Хантера, руководителя ее аспирантской работы, в том, что в растворе происходит синтез АТФ. Вот вам и аккуратист Хантер! Что же, и на старуху бывает проруха!

Карфаген должен быть разрушен!

Уже после первого нашего совместного опыта с разобщителями в 1966 году Е. Либерман заявил, что хемиосмотическая гипотеза доказана. Мне полученный результат показался условием необходимым, но недостаточным. Чтобы решить спор, мы затеяли работу с синтетическими ионами. По ее завершении у меня исчезли последние сомнения. Действительно было установлено, что и дыхание и гидролиз АТФ могут образовывать разность электрических потенциалов (Δψ) и разность концентраций водородных ионов (ΔрН), то есть протонный потенциал:

Карфаген должен быть разрушен!

дыхание → протонный потенциал ← АТФ.