Závodszky Péter

Fehérjék - a szerkezettől a funkcióig, a fizikától a biológiáig

XI. Kvantumelmélet és az enzimek

A makroszkopikus kémiai reakciók, amelyek a szervezetben végbemennek, elemi reakciók sokaságából épülnek fel meghatározott sorrendben. Az elemi reakciók során az esetek döntő hányadában elemi részecskék, azaz proton, illetve elektron átadása történik egyik reakciópartnerről a másikra. Ezek a részecskék kettős természetűek, azaz felfoghatóak anyagként, de hullámként is. Ekkor kerül előtérbe a kvantummechanika, amely képes e különös tulajdonságú részecskék leírására.

21. ábra

Ha példánknál maradva figyelembe vesszük, hogy a hidridionnak egy hullámfüggvényt is tulajdoníthatunk, bizonyos valószínűséggel létrehozható olyan állapot, amikor a hidridion a potenciálgát másik oldalán is megtalálható. Ebben az esetben az elemi kémiai reakció már kisebb energiabefektetéssel is végbemegy.

Ez a reakció azonban nagyon pontos térbeli orientációt igényel. Az enzim szerepe, hogy a reaktánsokat olyan közelségbe hozza, hogy a távolságuk összemérhető legyen a hidridion hullámfüggvényének kiterjedésével. Ezt a jelenséget, amikor a kémiai reakciót nem csupán a klasszikus mechanikai szabályai írják le, hanem a kvantummechanika törvényei dominálnak, alagúteffektusnak nevezik.

Azt, hogy bizonyos, enzimek által katalizált reakciók a valóságban így játszódnak le, sikerült kísérletek útján bizonyítani. Ez megmutatja a kvantummechanika és az életfolyamatok egy konkrét érintkezési pontját. Fontos elvi szerepet tulajdonítok ennek, hisz rámutat az anyagi világ egységére, s arra, hogy az emberi elme képes a világot, legalábbis a hogyan kérdésének szintjén egységes rendszerbe foglalni. Egyre inkább elmosódnak a határok a fizika és a biológia, az elemi részecskék világa és a mi élő világunk között. A fizikus a szerkezetet vizsgálja, azt próbálja a legapróbb részletekig leírni, és abból vezeti le a funkciót. Az élő rendszerek az általunk elképzelhető legkomplexebb megjelenési formái az anyagnak. Különlegességük bonyolultságukban rejlik, e komplexitás jellegzetes és mai eszközeinkkel vizsgálható képviselői a fehérjék. Ezért döntöttem úgy évtizedekkel ezelőtt, hogy a fehérjék titkainak nyomába eredek, és nem bántam meg a döntésemet. Egy csodálatos mikrovilág tárult fel előttem, amely szépségével, változatosságával és célszerűségével mindig is lenyűgözött. Ennek rejtelmeibe próbáltam most bevezetni Önöket, s remélem, kedvükre volt a kirándulás.