Интернет: Заметки научного сотрудника

А. А. Клёсов, 2010

Анатолий Алексеевич Клёсов – с 1979 по 1982 г. профессор химического факультета МГУ, далее, до конца 1980-х – профессор и заведующий лабораторией Института биохимии Академии наук СССР, и на протяжении 12 лет профессор биохимии Гарвардского университета. Область научных интересов: ферментативный катализ; разработка биотехнологии целлюлозы; разработка и промышленное производство полимерных композиционных материалов; ангиогенез раковых опухолей; разработка нового противоракового средства и создание нового типа лекарства против алкоголизма (оба лекарства проходят клинические испытания). Название книги символично. В начале 1980-х годов 35-летний профессор Анатолий Клёсов был первым советским пользователем Интернета и автором первой статьи о нем в советской печати. Многие материалы, опубликованные в книге, посвящены коллизиям его собственной жизни и деятельности на научном поприще. Для «юношей, обдумывающих житье», эта книга – очень полезное и увлекательное чтение, особенно те ее страницы, где говорится обо всем, что предшествует большому успеху.

3. Наука на чердаке, или Влияние времени дня на кинетику химической реакции

Прокручиваем ленту времени на пятнадцать лет вперед. Я — доктор химических наук, занимаюсь ферментативным синтезом антибиотиков пенициллинового ряда. И не только этим. Я еще не знаю, что за это дело через шесть лет моя группа получит Государственную премию СССР. Группа, но не я. Я в том же году тоже получу Госпремию СССР по науке, но за другую разработку — за физико-химическую теорию специфичности ферментативных реакций и за биотехнологию ферментативного превращения целлюлозы в сахара. Так получилось, что обе разработки были выдвинуты на Госпремию в одном и том же году, а две премии одновременно получать нельзя. Надо выбирать. Нет чтобы в два разных года… Так вот антибиотики. Чтобы новый антибиотик синтезировать, надо сначала пенициллин гидролизовать, а затем по образующейся связи присоединить новую группу с помощью того же фермента, который называется пенициллинамидаза. Он и гидролизует, он же и синтезирует. Только надо знать, в каких условиях (кислотность, температура, концентрации реагентов) идет гидролиз, а в каких — синтез. Пока занимаемся гидролизом, чтобы изучить сам процесс и подобрать оптимальные условия его проведения.

Моя небольшая группа занимается этим в маленькой каморке на чердаке корпуса «А», он же Межфакультетская лаборатория биоорганической химии МГУ. Остальные сотрудники — в новом здании кафедры химической энзимологии МГУ, которое мы сами в значительной степени выстроили. Мы — в смысле сами сотрудники. Мой опыт каменщика, приобретенный в целинных студенческих бригадах МГУ, пригодился. Там, в каморке на чердаке, стоит рН-стат — прибор, который измеряет рН (то есть кислотность) водного раствора, доводит его до заданной величины и удерживает на этой самой заданной величине. Поскольку при гидролизе пенициллина выделяется кислота, то прибор по заданной нами программе автоматически микропорциями вбрасывает в раствор разбавленную щелочь и тем самым нейтрализует образующуюся кислоту. Он же, прибор, записывает на бумажной ленте, сколько щелочи вброшено.

А поскольку лента движется с постоянной и опять же заданной скоростью, то по наклону выписываемой самописцем линии можно рассчитать скорость реакции гидролиза пенициллина. Быстро идет реакция — кривая круто уходит вверх. Медленная реакция — кривая пологая. Вообще нет реакции — кривая раскручивается параллельно горизонтальной оси, нулевой наклон. Все реакции идут на малых концентрациях пенициллина, в раствор выделяются доли миллиграммов кислоты, добавляемая щелочь тоже, естественно, очень разбавлена, иначе хода реакции вообще не увидеть. Обычно в таких исследованиях рН-стат заправляют щелочью (гидроокись натрия или калия) в концентрации порядка одного миллиграмма в миллилитре или несколько меньше.

И вот сотрудники приносят мне результаты опытов, которые ясно показывают, что к вечеру реакция ускоряется. Утром начинают работу — скорость ферментативного гидролиза пенициллина одна. Вот она, довольно пологая кривая. Вот угол наклона, вот рассчитанные величины скорости и константы скорости реакции. К середине дня — скорость та же, все в порядке. К вечеру скорость явно выше. Наклон кривой самописца круче. Всё то же — и фермент, и пенициллин, и концентрации реагентов. А скорость выше. И прибор, говорят, перебрали, даром что датский, и щелочь новую приготовили, и халаты постирали, а феномен налицо.

Не может такого быть. Иду в каморку самому убедиться. Утром пришел, несколько реакций подряд запустил, наклоны на ленте получил и замерил. Вечером пришел, реагенты смешал, вбросил в кювету рН-стата, — действительно, круче кривая, выше скорость реакции. Все ясно.

Так, родные мои, говорю. Учила вас мама, что помещение проветривать надо? Смотрите: первая контрольная кривая, без добавления реагентов — ни фермента, ни пенициллина, — сегодня утром выписана: скорости практически нет, кислота не образуется, щелочь не вбрасывается. Порядок. К вечеру — вы в каморке за день натолкались, весь кислород в тесном помещении скушали, углекислоты почем зря навыдыхали, парциальное ее давление повысили, вот она, углекислота, в воде растворяется и приводит к появлению кислоты в растворе, в кювете рН-стата:

H₂O + CO₂ = H₂CO₃.

А рН-стату все равно, какая кислота — от пенициллина или из воздуха, — он и гонит щелочь в раствор, чтобы ее нейтрализовать. Нейтрализует, а вы опять новую углекислоту выдыхаете, и она опять в раствор лезет.

Или держите дверь открытой, или проветривайте помещение почаще. А лучше и то и другое.

Проветрили помещение — успокоился рН-стат. Нет больше загадочной вариации кинетики в течение суток.