Мудрость эксперимента - Борис Иванович Смагин

В «черную мембрану» ученые мечтают встроить ферменты, чтобы провести самый последний, самый убедительный опыт. Ведь если приложить к такой мембране напряжение и убедиться, что она начинает вырабатывать молекулы АТФ, появление этой «разменной монеты», созданной электрическим полем, должно убедить оставшихся скептиков и внести окончательный мир в душу самих экспериментаторов.

Есть и другие, более широкие проблемы.

— Поскольку митохондрии оказались «электростанциями» клетки, настало время подумать и об «электропроводке», — говорит Скулачев.

Действительно, ведь должны же существовать какие-либо особые структуры, приспособленные для передачи генерируемой электрической энергии во все области клетки.

И на географической карте этого чрезвычайно сложного «государства» появятся тогда новые линии, отображающие электрическую систему живой клетки.

А Либерман тем временем ищет молекулярные электрические трансформаторы клеточных систем, экспериментирует, применяя свой метод проникающих ионов, ставший теперь в биохимии классическим.

Поскольку клетка столь насыщена электричеством, ученым представляется возможным, что там существует специфическая вычислительная машина, сложная программа которой определяет все богатое взаимодействие ферментов, все функции клетки.

Пока это — лишь предположения, предмет для скепсиса досужих остряков. Но ведь еще сравнительно недавно столь же сомнительной казалась гипотеза «электростанций живой клетки», которую сегодня можно считать обоснованной и общепринятой.

Ныне перед человечеством все острее и острее встают серьезнейшие экологические проблемы, связанные со стремительно нарастающими количественными и качественными изменениями среды обитания. Одна из них — это лавинообразное нашествие различного рода химикатов, последствия которого в целом ряде случаев трудно предсказуемы.

К счастью, эволюция снабдила все живое системами «приспособительных механизмов», благодаря которым оно может — до определенного предела, конечно, — противостоять воздействию изменяющихся условий существования, в том числе воздействию таких ранее неизвестных ему веществ, как новейшие химические препараты.

Здоровому человеческому организму относительно несложно избавиться от вредных веществ, если они легко растворимы в воде: в конце концов разными путями они будут выведены из организма. Львиную долю работы возьмут на себя почки. По ситуация резко меняется, когда в организм попадают вещества, которых «не берет» вода. Зато, как правило, они хорошо соединяются с жирами. Вот тут-то и скрывается опасность: ведь структурную основу клеток составляют биологические мембраны, а они как раз «охотно» растворяют эти вещества. Мембраны как бы прячут от выделительных систем организма вредные вещества, накапливают их в клетках.

Именно таковы многие химикаты, используемые в сельском хозяйстве и, естественно, попадающие в организм человека и животного, некоторые лекарства и другие продукты химии, которые имеют общее название — ксенобиотики, что означает чуждые жизни. Между тем без этих чуждых жизни веществ, без многих ксенобиотиков мы сейчас просто не можем обойтись. В этом одна из причин пристального внимания ученых к процессам, происходящим в живой клетке, к печени как «заградительному щиту» на пути какого-нибудь ксенобиотика.

Обработка молекулы ксенобиотика, транспортированной в печень, начинается с того, что специально приспособленный для этой цели белок флавопротеид отнимает электроны у специфического питательного вещества — субстрата с длинным названием никотина-мидадениндинуклеотид. Этим субстратом клетки насыщены и недостатка в нем не испытывают. Затем в работу вступает до недавнего времени таинственный, так как биохимики не знали, зачем он нужен в организме, фермент цитохром Р-450 — главное действующее лицо всего процесса окисления. Получив электроны, фермент с их помощью разбивает молекулу кислорода на два атома, крайне активных. Сразу же образуются не менее активные молекулы воды, которые и атакуют вещества, предназначенные для выведения из организма.

Конечно, все происходит гораздо сложнее, чем я рассказал. Но для нас важен результат этого сложнейшего биохимического процесса: ксенобиотик из нерастворимого в воде стал растворимым и выбрасывается из организма.

Вся эта «фабрика электричества» интенсивно работает до тех пор, пока организм не даст команду прекратить деятельность или сократить ее, так как враг практически побежден. Если же угроза организму нарастает, число молекул цитохрома Р-450 резко возрастает.

Эти исследования начались в шестидесятых годах и успешно продолжаются в наши дни. Выяснилось, например, что система выведения ксенобиотиков имеет ряд интересных «деталей», побуждающих по-иному взглянуть на деятельность давно изученных клеточных структур. Было обнаружено, что кроме основной цепи, в которой заглавную роль играет цитохром Р-450, в мембранах печени действует еще цепь с цитохромом b5.

Ферментом b5 заинтересовались доктор биологических наук А. И. Арчаков и сотрудник руководимой им лаборатории энзимологии и биоэнергетики ЦНИЛ 2-го Московского мединститута А. И. Карякин. К работе подключился и В. П. Скулачев.

Им предстояло прояснить роль этого фермента, ответить на вопросы, которые они сами же и поставили. Они уже знали, что Ьб всегда держит наготове электроны, получая их от одного из субстратов клетки, но активизировать атомы кислорода так, как это делает Р-450, сам по себе не может. Тогда для «кого» и для чего он бережет свои заряды, «кому» и как он их передает?

Эксперименты следовали один за другим. Сначала ученые добавили в смесь, содержащую Ьб, еще один цитохром, фигурирующий у биохимиков под индексом С. Он известен тем, что является переносчиком электронов цитохрома Ьб. В присутствии цитохрома С реакция окисления резко усиливается. Опыт все это превосходно подтвердил. Удивляться пока нечему. Скорее было бы удивительно, если бы все произошло наоборот. Но йот когда биохимики заменили цитохром С смесью митохондриальных мембран, неспособной быть переносчиком электронов, а результат получили такой же, как и в первом опыте, наступило легкое замешательство. Дальше — больше! Опыт повторили, только на этот раз в смесь были запущены мембранные пузырьки, содержащие флавопротеид и цитохром b5, при этом из части пузырьков с помощью особых приемов флавопротеид был удален, оставлен лишь цитохром b5. Потом добавили питательный субстрат, и оказалось, что почти все молекулы цитохрома b5 приобрели электрический заряд: и те, что находились в пузырьках вместе с флавопротеидом, и те, что пребывали там в одиночестве!

Какое же объяснение всему этому напрашивается? Экспериментаторы пока предлагают одно: мембранные пузырьки обменялись электронами, столкнувшись друг с другом, можно сказать, контактным путем, без посредников. Если исходить из того, что мембраны — образования жbдкие, точнее говоря, это жидкие кристаллы и что «плавающие» белки для ученых не новость, такой «способ» передали электронов представляется единственно возможным.

Мембрана вроде реки: она одновременно и неодолимая преграда и превосходный путь сообщения. И такими «реками» изборождены клетки, а по ним «плавают» белки — переносчики вещества b энергии. Может быть, флавопротеид и цитохром b5 — первые представители этого — особого — класса переносчиков,