В процессе промышленного получе­ния химических веществ очень час­то требуются высокие температура и давление. А иногда нужны особые ус­ловия, например присутствие силь­ных кислот или щелочей, а то и во­все электрические разряды. И это для получения какой-нибудь простой молекулы, в которую атомы не хотят так просто объединяться! А в живой клетке каждую секунду протекают сотни и тысячи всевозможных хими­ческих реакций. И происходит это в исключительно «мягких», как говорят химики, условиях: при температуре всего лишь в несколько десятков гра­дусов по Цельсию, атмосферном дав­лении и в нейтральной среде. Конеч­но, «жёстких» условий, свойственных промышленным процессам, хрупкие и нестабильные молекулы, из которых построены компоненты клеток, не выдержали бы. И тем не менее, как же клеткам удаётся проводить хими­ческие реакции, не прибегая к высо­ким температуре и давлению?

Работа «химической лаборатории» клеток возможна только благодаря тому, что они содержат уникальные катализаторы, которые могут значи­тельно ускорять химические реакции. Это особые катализаторы — белковые молекулы, называемые ферментами.

Процветание различных форм жизни в значительной степени объясняется тем, что клетки способны образовы­вать большое количество ферментов. Ферменты не только обеспечивают протекание реакций в «мягких» усло­виях. Главное, что в их присутствии сложные многостадийные реакции могут происходить мгновенно.

Другая поразительная особенность «химической лаборатории» клетки — её стабильность. Казалось бы, если все реакции в клетке так тесно связаны между собой, то при малейшем сбое работа крошечной «химической ла­боратории» должна быть полностью парализована. На самом деле этого не происходит. Клетке удаётся при­спосабливаться к внешним условиям, управляя деятельностью собствен­ных ферментов.

Часто клетка использует простой, но изящный способ. Сам по себе ак­тивный центр фермента, где проис­ходит превращение субстрата, пред­ставляет собой очень небольшой участок молекулы. Однако молекулы продукта реакции, присоединившие­ся к различным участкам молекулы фермента, способны так изменить её форму, что субстрат уже не будет с ней связываться.

Этот механизм называется принци­пом обратной связи. Он напоминает работу терморегулятора в нагрева­тельной системе: когда температура превышает заданный предел, регуля­тор прекращает нагревание. Принцип обратной связи действует почти мгно­венно и, что очень важно, является об­ратимым: когда продукта становится мало, фермент снова «включается». Ча­ще всего так регулируется работа ферментов, которые находятся в на­чале последовательности реакций. Если «отключается» первый фермент, вся стоящая за ним последователь­ность реакций тоже «отдыхает». Таким образом, один продукт может блоки­ровать совокупность химических пре­вращений.

Если требуется продолжительное (от нескольких минут до нескольких часов) изменение активности фер­мента, клетка пускает в ход совершен­но другие механизмы. В этом случае к некоторым аминокислотным остат­кам фермента «привешивается» фос­фатная группа. Она несёт отрицатель­ный заряд, и если рядом с ней в молекуле фермента окажется отрица­тельно заряженный остаток амино­кислоты, одноимённо заряженные группы будут отталкиваться. Чтобы избежать этого невыгодного состоя­ния, молекула фермента должна при­нять другую форму — такую, в кото­рой уже нет места для субстрата. В результате из-за присоединения всего лишь одной фосфатной группы фермент теряет свою активность.

Комбинации различных механиз­мов регулирования деятельности ферментов могут вызывать сильные и длительные изменения «древа хими­ческих реакций», протекающих в клетке. «Включая» и «выключая» ак­тивность определённых ферментов, клетка направляет химические реак­ции по нужному ей пути. Так, глюко­за обычно используется в организме для получения энергии, которая вы­деляется при расщеплении молекул этого моносахарида. В некоторых условиях, например, после сильных физических нагрузок, организму не­обходимо восстановить запасы глю­козы. В таких случаях происходит пе­реключение с расщепления глюкозы на её синтез. И основную роль здесь играют ферменты, отвечающие в клет­ке за превращения углеводов

Пара танцоров-профессионалов — яркий пример комплементарности.