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.