Все это, вместе взятое, приводит к ускорению ферментативных реакций по сравнению с «предоставленными самим себе» в миллионы, а иногда и в миллиарды раз.

Понять, как это происходит, описать, какие процессы вовлечены в процесс ферментативного катализа, и в итоге смоделировать эти процессы экспериментально – этим занимается наука энзимология. Вот почему наша кафедра на химфаке МГУ называлась кафедрой химической энзимологии. По тому времени, для середины 1970-х годов, это было неортодоксальное название. Оно подчеркивало, что занимаются этим химики, именно с точки зрения химии, а не, скажем, биологии или математики.

Этим же занимаются специалисты в области ферментативного катализа. Ферментативная кинетика – это описание процессов в терминах скоростей и механизмов реакций, катализируемых ферментами. Это всё и была моя специальность, которую я выбрал на втором курсе химфака.

Но я выбрал несколько другой аспект химической энзимологии. Который имел дело не с самими скоростями ферментативных реакций, а со специфичностью ферментативного катализа. Со скоростями и ускорениями действия ферментов ко времени моего появления в этой области науки в целом разобрались. А вот почему ферменты так чувствительны к строению субстратов, которые они превращают, было непонятно.

Приведу пример. Если взять, скажем, метанол (СH_>3OH) и его окислить кислородом (в формальдегид), то скорость окисления будет равна определенной величине, зависящей от условий реакции (температуры и концентрации реагентов в первую очередь). Если увеличить длину молекулы до этанола (СH_>3—CH_>2OH), то скорость окисления (в ацетальдегид) не будет сильно отличаться. Она немного упадет. Если последовательно брать пропанол (CH_>3—CH_>2—CH_>2OH), бутанол (СH_>3—CH_>2—CH_>2—CHOH), пентанол, или амиловый спирт (СH_>3—CH_>2—CH_>2—СH_>2—CНОН), гексанол (СH_>3—CH_>2—CH_>2– CH_>2—CH_>2—CH_>2ОН) и так далее, вплоть, скажем, до деканола (СH_>3—CH_>2– CH_>2—СH_>2—CH_>2—CH_>2—CH_>2—CH_>2—CH_>2—CH_>2ОН), то скорость окисления всех этих молекул будет примерно одинаковой.

Ситуация будет совершенно другой, если окисление этих молекул проводить ферментами. С удлинением цепи на каждую метиленовую группу (СН_>2) скорость ферментативной реакции будет возрастать примерно в десять раз. Иначе говоря, скорость окисления деканола будет в миллиард раз выше, чем скорость окисления метанола.

В этом и выражается специфичность ферментативного катализа. В данном случае – субстратная специфичность. Зависимость скорости ферментативной реакции от химической структуры субстрата. Разработка теории, объясняющей эти и подобные закономерности ферментативного катализа, и была сутью моей докторской диссертации, защищенной в 1977 году. Она называлась «Кинетико-термодинамические основы субстратной специфичности ферментативного катализа». На разработку этой теории ушло примерно девять лет начиная с моей дипломной работы, в которой описывались принципы субстратной специфичности двух ферментов – трипсина и химотрипсина. В моей кандидатской диссертации, через два с половиной года после защиты дипломной работы, описывалось в принципе то же самое, только на более обильном экспериментальном материале. Как я потом подсчитал, анализируя свой лабораторный журнал, вся моя кандидатская диссертация базировалась на экспериментах, которые я провел в течение всего двух недель. Все остальное – подготовительные опыты и неудавшиеся эксперименты. Но фишка в том, что заранее невозможно знать, что получится и что не получится. Знать бы прикуп…

К докторской диссертации в моем осмыслении принципов субстратной специфичности произошел качественный скачок. Помимо трипсина и химотрипсина я рассматривал еще десятка два других ферментов. Они катализировали совершенно другие реакции – гидролиза, переэтерификации, окисления. Причем катализировали превращения мономеров, олигомеров и полимеров. Как это все свести в одну теорию? Должен же быть какой-то общий принцип… И он нашелся. Я стал анализировать ферментативные реакции не химически, а физически, отвлекаясь от типа самих реакций. Я стал строить энергетические профили ферментативных реакций. И это позволило «уложить» все два десятка ферментов вкупе с сериями их субстратов в одну картину. Этот подход и описан в первом томе моего двухтомника «Ферментативный катализ», вышедшего в 1980 году и упомянутого выше. За это, в частности, мне и была присуждена Государственная премия СССР четыре года спустя.