Подарок на его пороге — чудо?

Подарок на его пороге — чудо? Такой сервис, как выбор и доставка цветов в настоящее время пользуется достаточно большой популярностью у большинства людей. Все эти услуги весьма удобны и активно эксплуатируются, как в индивидуальных, так и в деловых случаях. Когда необходимо сделать приятный презент, охапка цветов будет удачным выбором. В случае, когда хочется приятно удивить любимую жену, доставка цветов сделает это на «5». Заказ цветов будет отличным сюрпризом для вашей подруги, указывающим на внимательность и симпатию отправителя. Букет сможет стать знаком признания для коллеги по офису, особенно в случае, если букет лилий будет привезен прямо в офис!
Растения с древних времен считаются не только отличным сюрпризом, но и уникальнейшим посредником в человеческом общении , даже когда такие люди далеко друг от друга. Стильный букет цветов – особый подарок, и он порой сможет сообщить довольно многое. В передаче сложных чувств букеты орхидей всегда лучше красивых фраз. В некоторые минуты не нужно долго искать подходящие фразы. Лучше понадеяться на «волшебство общения» тропических растений, потому что некоторые люди оценят внимание, проявляемое более в поступках, чем в словах.
К сожалению, не постоянно близкие люди ждут рядом. Но сейчас существует возможность вернуть улыбку любимой. С этим замечательно совладают прекрасные цветы, что на текущий день легко доставить в указанную точку Перми.
В Уфе доставка цветов Уфа позволит выручить в создании интересных и памятных торжеств и убрать значительное расстояние и затраты времени из списка возможных преград. Заказчики будут уверены в своевременном привозе букетов, даже обретаясь на достаточно большом расстоянии от адресата. Человек всегда может напомнить о себе любимым, заказав экзотическое растение как знак своего интереса. Доставка цветов курьером не позволит заменить появление дарителя, но если возможности попасть на торжество лично не будет, такой сервис, как заказ и доставка цветов, станет отличным помощником и ярким жестом в отношении дорогих людей.
Бывают ситуации, в которых человек, которому хочется прислать подарок, живет совсем вблизи, но даритель хочет быть неизвестным. В такую игру позволяет играть заказ цветов с доставкой. доставка цветов Хабаровск никого не оставляет в стороне, а подобный метод преподнесения презента позволит отправителю на время остаться неизвестным.
Кому бы ни предназначались букеты, и в каких бы целях эти букеты не дарились, можно быть спокойным. При заказе у менеджеров в Хабаровске заказ цветов с доставкой будет произведен максимально вовремя.
Доставка цветов в Хабаровске представляется на сегодняшний день очень популярной услугой, которой пользуются большое количество жителей и гостей области. Такая услуга открывает перед городскими жителями массу возможностей, в некоторых из них нельзя себе отказать. Привоз букетов помогает купить презент в удобное вам время. Покупка и доставка цветов производится максимально легко для заказчиков, не создавая проблем.

Снабжение лизосом ферментами

Лизосомальные гидролазы, как и все ферменты, представляют собой белки. Следовательно, они сами повторяют путь всех других белков, проникающих в лизосомы, и должны быть переварены соответствующими протеолитическими ферментами. Тот факт, что они выполняют свою работу должным образом, свидетельствует о медленном процессе протеолитического переваривания. Это не должно нас удивлять, ибо без устойчивых к перевариванию ферментов не могли бы существовать и сами лизосомы. Что же касается природы этой устойчивости, то, судя по всему, в ее основе лежит способность ферментов сохраняться в плотно упакованной форме в кислой среде, преобладающей в их естественной среде обитания. Как правило, белковая нить должна быть хотя бы частично расплетена, или денатурирована (гл. 2), чтобы стать доступной для протеолитических ферментов. Многие белки денатурируются в кислой среде. Очевидно, лизосомальные ферменты представляют собой исключение, чем и объясняется их жизнеспособность в лизосомальной среде.Они, разумеется, не вечны и должны 5 замещаться по мере разрушения. Чтобы выяснить, как именно происходит такое замещение, мы должны проникнуть в другой отдел клетки, ее экспортный компартмент, одной из функций которого является производство лизосомальных ферментов. Это мы сделаем в следующей главе, а сейчас нам остается только наблюдать конечную стадию доставки ферментов в лизосому. Как и следовало ожидать, вновь образованные ферменты прибывают в мембранной упаковке и проникают в лизосомальное пространство посредством слияния мембран (чисслияние). Такие свежие ! упаковки ферментов называют первичными, или девственными, лизосомами в отличие от активно переваривающих вторичных лизосом.

Материалы за Декабрь 2012 года

Боюсь, что уже дождались. По последней мере, искусственную жизнь — так точно дождались, и даже более того. Как Вам экспансия жизни со скоростью 6 планет в час — впечатляет? Желаете выяснить больше — читайте далее.
Но до этого позволю для себя (и вам рекомендую) маленькую фантазию на тему того, что бы мы (население земли) отдали приказ бы делать безупречному исполнителю (такой джин из бутылки либо золотая рыбка планетарного

Искусственная клеточка сотворена южноамериканскими учеными

искусственная клеточка сотворена южноамериканскими ученымиГруппа американских ученых под управлением биолога Крейга Вентера достигнула ошеломляющих результатов. Им удалось в первый раз в истории науки синтезировать искусственный геном бактерии Mycoplasma mycoides, пересадить его в бактерию и получить, как говорят исследователи, всеполноценную синтетическую клеточку. Вентер — основатель института генных исследовательских работ — считает, что по прошествии совершенно недолгого времени люди научатся проектировать и строить новые бактерии, которые будут делать полезные для человека функции.
искусственная клеточка сотворена южноамериканскими учеными«Нам необходимы новые инструменты в науке; и в этом плане биология предоставляет возможность обеспечить население земли новыми источниками горючего, продовольствия и новыми вакцинами. Ее способности фактически беспредельны. Мы просто недостаточно умеем их использовать. Будущее современной наук, как мне кажется, за биологией», — приводит Science слова Вентера.
Экологи, правозащитники, культурологи и целый ряд других ученых уже выступили с заявлениями, потребовав введения моратория на исследования Вентера, отметив, что в современном мире нет средств для регуляции процессов, которые безизбежно повлечет за собой открытие ученого уже окрещенное «открытым ящиком Пандоры».
Объявление Вентера и его намерение открыто опубликовать все результаты исследования (Институт обратился за разрешением к регулятору) могут быть применены в ущерб населению земли, считают некие ученые, так как разработка позволяет синтезировать и патогенные, другими словами небезопасные для жизни, бактерии.
По инфы mignews. ru

Немного о белках

В 1838 г. голландский химик Герардус Иоганнес Мульдер, один из пионеров в области анализа альбуминоидов (лат. а1- Ьиз — белый, а1Ьитеп — белок яйца), употребил термин «протеин» (греч. рго1еюз — основной, первичный) применительно к веществу, которое он считал основной составной частью коагулирующих при высокой температуре азотных соединений, таких, как фибрин крови, казеин молока и альбумин яйца (как раз к тому времени эти соединения начали относить к одному общему классу). Сам термин «протеин» был предложен Мульдеру шведским ученым Йёнсом Якобом Берцелиусом, одним из основоположников химии и «отцом» теории катализа.
Если вспомнить, когда все это происходило, то не приходится удивляться тому, что и Мульдер, и Берцелиус многое понимали чрезмерно упрощенно, тем не менее предложенная ими терминология окaзалась пророческой. Как выяснилось позднее, протеины не только первичные агенты всех процессов жизнедеятельности, — они, подобно своему тезке Протею, древнегреческому морскому божеству, обладают способностью принимать бесчисленные, самые разнообразные формы1.
Мы в этом легко убедимся, настроив наши «молекулярные очки» до высокой разрешающей способности, позволяющей детально рассмотреть предметы величиной всего в несколько нанометров. Даже при увеличении в миллион раз такие объекты все еще будут выглядеть не больше комара. Однако если рассмотреть под соответствующим увеличительным стеклом структуру комаров и других существ, равных им по размеру, то нашему взору откроется множество разнообразнейших форм и структур. Ту же картину можно наблюдать, изучая белки при дальнейшем увеличении. Разница лишь в том, что их формы более абстрактны и своими изящными изгибами скорее напоминают биоморфные скульптуры Ганса Арпа, нежели суставные угловатости (изгибы) насекомых. Одни белки имеют глобулярную, почти сферическую форму, другие, менее правильной формы, изогнуты, извиты или покрыты бугорками, третьи вытягиваются в тонкие нити, нередко спирально закрученные. Форма белков изменчива: они набухают, пульсируют, удлиняются, сокращаются или раскручиваются, иногда с ошеломляющей внезапностью.Большая часть белков находится внутри клетки, где основная их функция связана с катализом. Если бы шведский химик Берцелиус мог узнать об этом, он, несомненно, пришел бы в восторг, ибо именно он ввел этот термин для обозначения свойства некоторых веществ (получивших название катализаторов) облегчить протекание реакций, непосредственно не принимая в них участия. Известно, что существуют неорганические катализаторы, они применяются в химической промышленности, но в живой клетке обнаружены настоящие фокусники-катализаторы. Жизнь, даже если это жизнь ничтожного микроба, возможна только при наличии многих тысяч химических реакций; большинство из них в искусственных условиях воспроизвести невозможно, а если это и удается, то только при определенных условиях — высоком давлении и температуре или кислой среде, — которые несовместимы с жизнью. В живых клетках, однако, эти реакции осуществляются необычайно просто и быстро благодаря участию специфических катализаторов, называемых энзимами. Это слово, которое образовано от греческого гуте (дрожжи, закваска), напоминает нам о той исторической роли, которую сыграли исследования процесса алкогольной ферментации в описании первых внутриклеточных катализаторов (см. гл. 7). Был также принят термин «фермент», который сейчас оставлен2.
Практически каждая химическая реакция, происходящая в живом организме, протекает при участии специфического фермента, действие которого, как мы увидим во второй части нашего путешествия, часто дополняется одним или несколькими кофакторами, или коферментами. Все известные нам ферменты являются белками, следовательно, число различных вариантов белков значительно — по меньшей мере, несколько тысяч в каждой клетке; они обычно составляют около 20 % от ее веса, т.е. половину сухого веса (клетки). Помимо выполнения своей функции катализаторов белки принимают участие в таких процессах, как регуляция, транспортировка, передвижение и многие другие, а также играют важную, роль, будучи компонентами внутриклеточных и внеклеточных структур. Иными словами, белки действительно являются основной составной частью живой клетки.
Под воздействием высокой температуры или других физических или химических агентов белки легко теряют не только свою уникальную форму, но и свою каталити чешскую силу. Этот процесс называется денатурацией. Долгое время процесс денатурации считался необратимым, и это положение выдвигалось в качестве аргумента, доказывающего, что процесс сборки живых структур должен управляться особой силой или особым принципом. Сейчас эта точка зрения устарела; доказано, что в ряде случаев денатурация обратима.
В форме, присущей молекуле белка, нет ничего исключительного, она представляет собой не что иное, как наиболее вероятную конфигурацию, которую молекула примет в соответствующих условиях.
Весьма поучительно через наши «молекулярные очки» взглянуть на смесь денатурированных белковых молекул — все они выглядят одинаково и различаются только размерами. Вместо множества замысловатых, интересных и своеобразных форм и структур перед нами окажется клубок спутанных, длинных, чрезвычайно тонких нитей. Теперь, полагаю, нам легче понять, почему денатурация часто выступает как необратимое явление: отдельная нить не в состоянии выпутаться из общего клубка и принять характерную для нее форму, если для этого не будут созданы особые условия. Что еще важнее, благодаря денатурации мы получаем возможность увидеть в структуре молекулы белка нечто такое, что в противном случае могло бы ускользнуть от нашего внимания. Все белки являются нитевидными молекулами. Бесчисленное множество форм, которое мы наблюдаем, обусловлено спиралями и изгибами нитевидно расположенных атомов.
Как мы знаем из химии, общей структурой, объединяющей все эти различные формы, является остов (цепь), который образован из простой шестиатомной повторяющейся единицы, встречающейся до нескольких сотен раз:
Центральный атом углерода каждой единицы в структурной цепи имеет одну свободную валентность. Она может соединиться с одной из двадцати различных химических групп, ответственных за специфические свойства, которые отличают одни молекулы белка от других. Связь между единицами называется пептидной. Этот термин напоминает нам о том, что эта связь гидролизуется пищеварительным ферментом — пепсином, компонентом желудочного сока :
В результате расщепления всех этих связей в данной цепи образуются вещества следующей структуры:
Эти вещества называются аминокислотами, так как содержат аминогруппу (—nН2) и карбоксильную группу (—СООН). Более точное их название а-аминокислоты, поскольку обе группы присоединяются к а-углероду. Еще более точным обозначением является термин Ь-а-аминокислоты, ибо все они (за исключением оптически не-активного глицина) имеют конфигурацию типа Ь вокруг асимметричного а-углерода. Их стереоизомеры, 13-аминокислоты, встречаются в некоторых компонентах бактерий, включая антибиотики, но не в белках.
В образовании белков участвуют 20 различных аминокислот. Их структуры соответствуют (за исключением одного варианта, пролина) приведенной выше формуле и различаются только составом боковой-группы, К. Названия аминокислот,
их сокращения и условные обозначения приведены в табл. 1. Позже мы узнаем, что некоторые из этих условных обозначений используются также для обозначения нуклеозидов — другой важной группы веществ. В соответствующем контексте смешать их трудно. Там, где такая опасность все-таки существует, принято использовать сокращения из трех букв.
Аминокислоты, связанные между собой пептидной связью, называются остатками, а возникающие цепи — пептидами. Зачастую термину «пептид» предшествует греческий префикс, обозначающий число остатков аминокислот в цепи: например, ди; три; тетра; пента; олиго (мало); поли (много).
В целом пептидные цепи соответствуют общей структуре:
Они имеют свободную концевую аминогруппу (N-терминальную слева), свободную концевую карбоксильную группу (С-терминальную справа) и n— 1 пептидных связей.
Пептиды различаются числом (п), природой, порядком или последовательностью своих аминокислотных остатков. Их можно «сравнить со словами разной длины, в написании которых использован алфавит, состоящий из двадцати букв. Это особенно наглядно видно, если в записи использованы однобуквенные символы.
Пептиды представляют собой подвижные структуры благодаря присущей им способности вращаться вокруг N—С- и С—С- осей. Вращения вокруг самой пептидной связи не происходит. В результате пептиды приобретают более или менее извитую форму в зависимости от того, притягиваются или отталкиваются отдельные их части, а также от способности этих частей связывать или выделять молекулы воды. Кроме того, извилистость (складчатость) пептидной цепи часто зависит от наличия веществ, с которыми она способна соединяться. Многие подобные взаимодействия имеют физическую природу и не вызывают образования истинных химических (ковалентных) связей. Характер этих взаимодействий зависит от двух сил, которые часто называют именами открывших их исследователей: французского физика Кулона и голландского физика Ван-дер-Ваальса.
Силы Кулона — это электростатические силы. Под их воздействием происходит притяжение электрических зарядов с противоположными знаками и отталкивание электрических зарядов с одинаковыми знаками. В состав некоторых аминокислот входят К-группы, которые заряжены либо положительно, либо отрицательно при физиологических условиях. Другие аминокислоты, не будучи заряженными, поляризованы, иными словами, в них наблюдается локальное перемещение зарядов, создающее положительный и отрицательный полюсы. Все эти группы могут взаимодействовать электростатически.
Полярные, содержащие атом водорода, группы могут электростатически соединяться с отрицательными или отрицательно поляризованными группами посредством особой водородной связи, при которой атом водорода принадлежит обеим группам. Ниже представлен один из таких видов связи, играющий очень важную роль Эта связь (пунктирная линия) может соединять два пептида. Поэтому она играет важную роль в конформации белков и соответственно во всех структурных, каталитических и других функциональных свойствах, зависящих от этой конформации. Несколько позже, в ходе нашего путешествия мы увидим, что феномен попарного соединения оснований в нуклеиновых кислотах, определяющий передачу всей генетической информации в живом мире, зависит от такой же связи и от другой, сходной водородной связи:Ван-дер-ваальсовы силы ответственны за притяжение, существующее между неполярными группами, состоящими только из углерода и водорода, такими, как в углеводородах, входящих в состав бензина и других нефтепродуктов. В ряде аминокислот встречаются К-группы, способные устанавливать связи посредством ван-дер-ваальсовых сил.
Ключевым моментом при всех этих взаимодействиях является асимметричность молекулы воды, благодаря которой она становится полязированной:Таким образом, молекула воды способна соединиться электростатически со всеми электрически заряженными или поляризованными группами, которые по этой причине получили название гидрофильных. В отличие 6т этих групп неполярные группы не имеют сродства к воде; они гидрофобны, т. е. отталкивают воду. Это явление всем нам хорошо знакомо: так, масло с водой не смешивается, поверхности некоторых пластиков не промокают — они гидрофобные. Правда, термин «гидрофобный» в какой-то мере может ввести в заблуждение. Строго говоря, гидрофобные группы воду не отталкивают; они отталкиваются водой в результате сильной гидрофильности самих молекул воды, тесно соединенных друг с другом водородными связями.
Поскольку клеточная среда в значительной степени содержит воду, взаимодействия с водой оказывают большое влияние на конформационные изменения полипептидной цепи. Упрощенно картина выглядит так: полипептидная цепь принимает форму, при которой наибольшее число гидрофильных групп оказывается на ее по-верхности или в щелях, доступных воздействию воды, тогда как гидрофобные группы размещаются во внутренних, недоступных для воды участках, где они имеют возможность взаимодействовать между собой. Белки, в которых возможна сегрегация групп на основе аффинитета к воде, обычно растворимы в ней, в то время как белки, не способные окружить себя гидрофильной оболочкой, размещаются в гидрофобных областях, где их гидрофобные участки попадают под влияние сил, действующих по типу ван-дерваальсовых. Как мы вскоре увидим, такими структурами в основном являются мембраны.
Важным фактором, определяющим конформацию белков, является тенденция по-липептидных цепей скручиваться в спиралевидную структуру, стабилизированную водородными связями между расположенными по соседству пептидными цепями. Наиболее часто встречается структура типа «-спирали с шагом (между витками) 0,54 нм, содержащая 3,6 остатков в одном витке. а-Спираль образует относительно неподвижный стержень толщиной примерно 1 нм с узловатой поверхностью, образованной К-группами остатков. Некоторые аминокислоты не могут приспособиться к этой структуре и разрывают ее. Поэтому а-спиральные участки обычно относительно коротки. Целые молекулы белка обычно содержат несколько таких стержней, соединенных (обычно под углом) группами менее упорядоченной конфигурации. В исключительных случаях последовательность полипептида такова, что позволяет поддерживать расположение а-спирали на значительном протяжении. Подобные молекулы по своей природе нитевидные. Кроме а-спирали возможны и другие расположения пептидов; иногда две или три полипептидные цепи закручиваются вместе (это так называемые суперскрученные спирали) и придают структуре нитевидную форму. Функция таких волокнистых белков в основном связана со структурной функцией и передвижением.
Помимо указанных внутренних факторов форма, принимаемая полипептидной цепью, зависит также от взаимодействия между самой цепью и другими молекулами белковой или небелковой природы. Многие наиболее важные функции белков зависят именно от таких взаимодействий, подчас оказывающих решающее влияние на кон- формацию соответствующих молекул. Иногда данная структура скрепляется истинной ковалентной связью между двумя участками одной и той же полипептидной цепи или между двумя цепями. Наиболее типичной связью этого типа является дисульфидная связь —8—5—, которая возникает при окислении тиоловых (—5Н) групп из двух цистеиновых остатков:
Многие белки состоят из одной полипептидной цепи; другие содержат две или более отдельные цепи или субъединицы, связанные между собой нековалентными силами притяжения, а иногда ковалентными связями, такими, как дисульфидные мостики.

Роль эндоцитоза

Вряд ли можно охарактеризовать клетку как радушного хозяина, если иметь в виду, что первой ее приемной для гостей является лизосома. Но клетки и в самом деле гостей не жалуют. Им нужно, чтобы их кормили. Эндоцитоз—прежде всего и больше всего механизм питания клетки Для многих одноклеточных организмов, таких, например, как простейшие, и низших беспозвоночных, эндоцитоз — единственный механизм питания. Пища, как все мы знаем, должна поступать в желудок для переваривания. Это и есть задача, выполняемая при слиянии эндосом и лизосом.
Правда, чем выше по эволюционной лестнице живых организмов мы поднимаемся, тем меньше они нуждаются в таком механизме питания. Клетки человека, например, находят в крови и во внеклеточных жидкостях достаточное количество пита тельных мелких молекул, которые все вместе формируют то, что французский физиолог Клод Бернар назвал «внутренней средой». Таким образом, наши клетки могут скорее позволить себе питаться при помощи молекулярного транспорта, чем при помощи поглощения (захвата) веществ. Однако путь эндоцитоза не был отвергнут эволюцией—просто эндоцитоз стал более тонким, избирательным и приспособленным к широкому кругу функций. Большинство из них связано с процессом переваривания в лизосомах и будет рассмотрено в следующей главе. Вместе с тем имеются и исключения из этого правила. Так, большинство эндосом, формирующихся на обращенной в просвет сосудов поверхности выстилающих их плоских эндотелиальных клеток, не перехватываются лизосомами. Они мигрируют к той стороне клетки, которая обращена к тканям, и там, сливаясь с плазматической мембраной, выгружают свое содержимое. В данном случае за эндоцитозом непосредственно следует экзоцитоз, что служит средством транспортировки некоторых компонентов крови через клеточный слой (пласт). Этот процесс называется диацитозом или иногда грансцитозом.
В некоторых клетках поступление питательных веществ посредством эндоцитоза и диацитоз происходят одновременно. Например, клетки печени направляют часть поглощенных ими веществ к лизосомам, а часть—в желчные протоки. И те, и другие вещества проникают в клетку одинаковым путем как единое, смешанное содержимое одной и той же вакуоли. Только после захвата они разделяются и направляются к соответствующим пунктам назначения при помощи уже известного нам процесса сортировки.
Иногда эндосомы изменяются таким образом, что процесс их слияния с лизосомами задерживается. В таких случаях эндосомы служат вакуолями временного хранения. По имеющимся данным, такие процессы протекают в яйцеклетках некоторых насекомых, использующих захваченные эндоцитозом экзогенные белки для формирования желтка. После оплодотворения активируется слияние гранул желтка с лизосомами и начинается процесс переработки желтка, что необходимо для питания эмбриона. Мы не знаем точно, каким способом в подобных случаях достигается задержка слияния эндосом с лизосомами, но известно, что этот процесс может контролироваться изнутри эндодитарной вакуоли. Такой способностью обладают захваченные в ходе эндоцитоза вещества, которые связываются с клеточной мембраной, например конканавалин А, — гликопротеин, экстрагированный из плодов джекфрута. Этим же свойством обладают некоторые микроорганизмы, в частности туберкулезная бацилла. Благодаря этой своей особенности последняя способна предпринять внутриклеточное внедрение, оставаясь и размножаясь внутри эндосомы. Родственная ей бацилла проказы использует иной способ: она покрывается устойчивой к процессу переваривания оболочкой—мы тоже воспользовались ею—и фактически живет и размножается в лизосомах.

Энергия — извечная проблема

Следы еще более раннего микроорганизма, isиа — sphaera, существовавшего 3,8 миллиарда лет назад, обнаружены в Гренландии. Почти с уверенностью можно сказать, что в те древние времена в атмосфере Земли содержалось очень мало кислорода, который, как принято считать, является в основном продуктом фотосинтеза. Таким образом, Isuasphaera, Eobacterium и многие потомки этих бактерий могли получать энергию с помощью анаэробных механизмов — механизмов, способных поддерживать жизнь (греч. Ыоs) без (отрицание по-гречески — a-) воздуха (греч.aer). То, что мы обнаруживаем в цитозоле высших клеток и в клеточном соке многих современных бактерий, является анаэробным механизмом выработки энергии, который известен как гликолиз. Сказанное дает основание предположить, что эта система почти не претерпела изменений и мало отличается от той, которая имелась в первых живых организмах, начавших населять Землю около 4 миллиардов лет назад.
В самом деле, в гликолизе сохранилось много примитивных черт, в том числе относительная простота. В этом отношении цитозоль можно рассматривать как хорошую основу процесса снабжения биологической энергией. Но, чтобы наше посещение оказалось плодотворным, нам необходимо более острое зрение, чем то, которым мы пользовались до сих пор. Это требуется не столько для того, чтобы различать сложные молекулярные структуры—их количество будет строго ограничено и минимально, — сколько для того, чтобы понять ключевые концепции, без которых мы скорее всего не сможем разобраться в решениях энергетической проблемы, стоявшей перед жизнью.
Имеется и другой исторический аспект, касающийся этой части нашего путешествия. В некотором роде мы пойдем по стопам ранних исследователей, которые впервые выдвинули принципы биоэнергетики, поскольку анаэробный гликолиз смело можно назвать колыбелью динамической биохимии. Можно даже сказать, что он явился ключевым элементом в развитии человеческой цивилизации. О его существовании люди узнали тысячелетия назад, столкнувшись с процессом брожения, и наши далекие предки прибегали к нему для изготовления закваски, сыров, алкогольных напитков. Однако эти старинные отрасли промышленности оставались почти полностью эмпирическими до 1856 г., когда некий Биго, винодел из французского города Лилля, неожиданно оказался перед угрозой разорения. По какой-то непонятной причине содержимое в чанах, где происходило брожение сахарной свеклы, прокисло и вместо спирта образовалась молочная кислота. Биго обратился за помощью к молодому химику из Парижа, незадолго до того поступившему на работу в местный университет и, по слухам, превосходно себя зарекомендовавшему. Молодой ученый согласился помочь и в конце концов решил проблему и спас предприятие Биго. Одновременно он сделал открытие, которое перевернуло многие научные представления: оказывается, анаэробное брожение вызывается живыми микроорганизмами. Имя этого молодого ученого — Луи Пастер. Позднее, в 1897 г. немецкий химик Эдуард Бухнер обнаружил, что чистый «сок», выделяемый дрожжами, — не что иное, как цитозоль дрожжевых клеток, и он способствует превращению сахара в спирт. Таким образом, Бухнер показал, что функции микроорганизмов в процессе спиртового брожения — чисто химический процесс, не зависящий от особой жизненной силы, свойственной живым организмам, как полагал Пастер. Бухнер также положил начало химическому изучению системы гликолиза, существующей в цитозоле клеток, и тем самым проложил путь обширным исследованиям, благодаря которым мы в настоящее время имеем полное представление о метаболизме.
Термин «метаболизм» происходит от греческого слова, обозначающего изменения (буквально «акт разбрасывания», от ballein — бросать). Этим словом обозначается совокупность химических процессов, протекающих в живых организмах. Метаболизм подразделяется на анаболизм (греч. ома — вверх) и катаболизм (греч. ка(а — вниз). Анаболизм включает все процессы, требующие затрат энергии и термодинамически являющиеся эндергоническими (греч. endon— внутри; ergon — работа). Главная его функция — биосинтез. Катаболизм составляют реакции, производящие энергию, в связи с чем они называются экзергоническими (греч. еx—из). При необходимости катаболизм поддерживает анаболизм, так же как и все другие работы, выполняемые живыми организмами (кроме тех реакций, которые снабжаются энергией непосредственно от внешних источников, в основном света).
К тому времени, когда Бухнер сделал свое открытие, были известны только некоторые общие черты отдельных метаболических процессов, их механизмы оставались невыясненными. Гликолиз — первый из изученных метаболических процессов. Потребовалась 40-летняя упорная работа многих ученых с мировым именем, прежде чем был завершен этот поистине титанический труд, который до сих пор остается одним из самых замечательных и многообещающих примеров научного детектива всех времен. Однако удалось выяснить всего какой-нибудь десяток химических реакций, менее одной сотой от того количества метаболических реакций, которые были изучены за последующие 40 лет. Важность открытия гликолиза заключается в том, что оно было первым. Зная только исходную точку — простую молекулу сахара глюкозы и конечный продукт — молочную кислоту в одном случае и этиловый спирт и углекислый газ — в другом, даже самые проницательные химики-органики не могли бы предугадать удивительно сложный окольный путь, по которому движется природный процесс. Каждый шаг сулил неожиданность, а выяснение всех этапов потребовало от исследователей огромного терпения и упорства, особенно если учесть крайне примитивный уровень приборов того времени: несколько пробирок для проб, горелку Бунзена, весы, световой микроскоп. Но как только путь прояснился, он стал маяком, освещающим весь ход последующих событий. Для нас гликолиз также будет служить маяком в нашем путешествии.

Идентичность и иммунное распознавание

У плазматической мембраны есть еще одна важная функция: снабжать клетки «удостоверением личности». В качестве такового клетке служит ряд специфических химических групп, известных под названием трансплантационных антигенов, или антигенов гистосовместимости. Первыми были открыты антигены, определяющие группы крови А и В. Известно, что некоторые из нас имеют группу крови А, а другие — В, АВ или О. Иными словами,по составу крови людей можно разделить на четыре группы, представляющие собой четыре возможных комбинации , которые получаются в зависимости от присутствия или отсутствия одного из двух признаков.
Сейчас в человеческом организме открыты многие трансплантационные антигены. Их число и полиморфизм столь велики, что вряд ли возможно отыскать двух индивидов с полностью идентичными их комбинациями. Такие случаи наблюдаются лишь у однояйцовых близнецов. Трансплантационные антигены представлены (более или менее полно) на поверхности каждой клетки данного индивида; они специфичны для каждого человека. Вот почему их с полным правом считают таким же надежным средством идентификации человека, как отпечатки пальцев.
В организме эти химические опознавательные знаки постоянно подвергаются проверке со стороны специальных защитных клеточных сил — лимфоцитов, агентов иммунной системы, которые обладают способностью по поверхностным маркерам распознавать любой вторгшийся в пределы организма агент и разрушить его или участвовать в его уничтожении. Лимфоциты из ряда основных органов, таких, как селезенка, тимус, лимфатические узлы, миндалины и различные так называемые лимфоидные бляшки, циркулируют в крови и лимфе.
Существует два типа лимфоцитов, Т- и В-лимфоциты, названные так по основным местам их образования: тимусу и костному мозгу (первоначально бурса (сумка) Фабрициуса— лимфоидный орган у птиц). В пределах каждого типа имеется несколько подклассов. Т-лимфоциты, по крайней мере их основной подкласс под названием цитотоксические лимфоциты, представляют собой «пехоту» иммунной системы; у них имеются особые приспособления, с по-мощью которых они при непосредственном контакте убивают другие клетки, используя механизм «поцелуй смерти». В-лимфоциты можно уподобить артиллерии или, скорее, ракетным установкам в виде плазматических клеток, которые выпускают ракеты, известные под названием антител и обладающие способностью специфически соединяться со своей мишенью. Антитела, или иммуноглобулины, по своей природе — белки и сами они не убивают, а служат средствами распознавания для целого ряда механизмов истребления. Так, в частности, соединившись со своей мишенью, они заставляют ее прикрепляться к рецептору, находящемуся на поверхности лейкоцитов, которые затем ее поглощают и разрушают. Этот механизм, являющийся основной защитой организма против микробов и вирусов, подробнее будет рассмотрен . Антитела также приводят в действие растворимую систему уничтожения, которая находится в крови и известна как комплемент.
Совершенно очевидно, что такая система защиты крайне нужна нашему организму. По сути, без нее мы не смогли бы выжить. Вместе с тем это преимущество сопряжено с опасностью ложного опознавания и, как следствие, истребления «друзей». Тут-то и вступают в игру трансплантационные антигены. В период эмбрионального развития человека лимфоциты овладевают искусством узнавать специфичные антигены, имеющиеся на поверхности наших клеток, и относиться к таким клеткам «по-дружески». Лимфоциты — крайне строгие контролеры; они обнаруживают малейшие отклонения от индивидуального набора, обозначаемого как «свое». Считается даже, что лимфоциты в состоянии найти и уничтожить некоторые раковые клетки, имеющие почти такое же «удостоверение личности», как и нормальные. Естественно, что они без труда узнают клетки, принадлежащие другому организму, и поэтому препятствуют успешной хирургической трансплантации тканей или органов. Транс-плантации обычно предшествует тщательное типирование трансплантационных антигенов реципиента и потенциальных доноров с тем, чтобы выбрать оптимальное их сочетание. После операции пациент получает иммунодепрессивные препараты, которые, ослабляя отторжение, к сожалению, одновременно снижают устойчивость больного к инфекциям, а возможно, и способность организма отторгать раковые клетки. Природа снабдила человека другим, лучшим, способом, позволяющим избежать иммунное отторжение. Но, увы, мы не знаем, каков его механизм. Речь идет о способе, который используется эмбрионами; они добиваются того, что матери не замечают чужеродных маркеров
(антигенов), доставшихся эмбрионам от отцов. Правда, у некоторых женщин иммунная система не способна функционировать подобным образом, поэтому у них наблюдаются повторные спонтанные выкидыши (аборты), вызванные реакцией иммунного отторжения.
В отличие от других защитных сил, существующих в природе, организация лимфоцитов такова, что каждый отдельный лимфоцит способен узнавать только один определенный тип чужеродных молекул — это равносильно тому, как если бы каждый отдельный солдат мог сражаться только с одним агрессором определенного типа. А так как таких молекул миллионы, если не миллиарды, то основная часть наших лимфоцитов никогда не вступает в бой; если же бой и происходит, то число защищающих человеческий организм лимфоцитов по необходимости невелико. Зачастую их гораздо меньше, чем нападающих врагов.
Такой путь защиты может показаться в высшей степени неэффективным, однако, пожалуй, только он позволяет соединить огромную многосторонность системы с полной надежностью распознавания, а это самое главное. Только представьте себе, каковы были бы последствия, работай система по принципу «главное — нажать на курок, а вопросы потом». По-видимому, лишь принцип «один лимфоцит — одна мишень» гарантирует необходимое сочетание безопасности и эффективности. Природа нашла прекрасный выход из проблемы немногочисленности лимфоцитов; когда лимфоцит встречает и распознает свою специфическую мишень, он начинает размножаться. Вот еще один, чрезвычайно важный, пример опосредованного рецепторами клеточного ответа. Распознавание осуществляется посредством связывания специфических поверхностных рецепторов лимфоцита с мишенью, которое приводит к митогенному ответу (стимуляция митозов). Благодаря этому механизму образуется целая армия, или клон , идентичных лимфоцитов, направленных против мишени. Так организм иммунизируется.
У этого мощного механизма имеется только один недостаток: чтобы запустить его «в действие, требуется время, и, если враг очень силен, армия защитников может опоздать. Поэтому мы прибегаем к прививкам, т. е. вводим в организм «чучело» врага, например ослабленный вирус или убитые бактерии, которые сами по себе уже не в состоянии вызвать серьезное заболевание, но все еще несут чужеродные опознавательные знаки, вызывающие распознавание, размножение лимфоцитов и образование антител. В последнее время для вакцинации используются специфические • поверхностные белки или экстрагированные из патогенных микроорганизмов пептиды, или полученные искусственным путем методами генной инженерии или органического синтеза пептиды (синтетические вакцины).
В дальнейшем мы еще вернемся к удивительным механизмам, благодаря которым лимфоциты в ходе дифференцировки приобретают свои специфические поверхностные маркеры и затем, встречаясь с соответствующим антигеном, подвергаются стимуляции и размножаются. К сожалению, как и все чудеса живого мира, иммунная защита иногда дает осечку. Дефекты системы могут быть врожденными и столь выраженными, что ребенок должен постоянно содержаться в стерильных условиях. Иммунная система может отказать и в более поздний период жизни человека, как, например, при недавно обнаруженном синдроме приобретенного иммунологического дефицита (СПИД). И наоборот, иммунная система может вдруг обрушиться не только на врагов,’ но и на друзей, поражая предательскими аутоиммунными атаками печень, почки, суставы или другие органы больного.

1945 год: прорыв Часть 2

Вторым методом, радикально изменившим .химическое исследование живых клеток, явился метод изотопного мечейия. Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся по атомной массе. Некоторые изотопы существуют в природе, а многие могут быть получены искусственным путем в процессе ядерных реакций. Так, помимо атома водорода ‘Н с атомной массой 1, наиболее распространенного в природе, существуют тяжелый природный изотоп 2Н (дейтерий) и еще более тяжелый искусственный изотоп 3Н (тритий). Все три разновидности водорода имеют весьма схожие химические свойства: они соединяются с кислородом с образованием воды, с углеродом — с образованием углеводородов и т. д. Но они отличаются друг от друга по масс-спектрографии, которая, как явствует из самого названия, разделяет атомы в соответствии с их массой. Особенно легко выявляется тритий, так как в дополнение ко всему он радиоактивен, как и большинство изотопов, используемых для мечения.
Преимущество исследований с помощью изотопов заключается в том, что они используются для специфического мечения определенных молекул или частей молекул; таким образом, эти молекулы можно узнать и отличить от родственных им молекул почти без нарушения общей структуры. Наиболее плодотворно этот метод используется при анализе биосинтетических процессов, большая часть которых не могла бы быть раскрыта иным путем. Например, с получением меченых аминокислот появилась возможность изучать их соединение в белки в живом организме или в экспериментальных условиях, даже несмотря на бесконечно малое количество вновь образованного белка по сравнению с предсуществующим содержанием белка. Вновь образованные белки, не выявляемые химическим путем, могли быть определены и даже измерены благодаря их радиоактивности. Использование изотопов для подобных исследований началось накануне второй мировой войны; в то время были доступны несколько природных (2Н, 15М) или искусственных (32Р) изотопов. Однако широкое распространение этот метод получил лишь с созданием атомных реакторов и производством широкого спектра радиоизотопов по доступной цене. Без метода меченых атомов поистине феноменальные достижения последних десятилетий в клеточной и молекулярной биологии были бы невозможны. Метод служит одним из важных примеров использования атома в мирных целях.
Хотя и морфология, и биохимия, обога-щенные новыми методиками, постоянно совершенствовались, все же для ликвидации существующего между ними разрыва по- прежнему испытывалась необходимость в создании мостика. Этот разрыв становился все меньше по мере развития методов разделения клетки на части таким образом, что каждую из них можно было полностью изучить. Для этого биохимики должны были прежде всего научиться «раскрывать» клетку настолько осторожно, чтобы выделить ее хрупкие составные части, но при этом не повредить их. Как только это было достигнуто, появилась возможность использовать различия в физических свойствах, в частности величине и плотности, тех или иных составных частей клетки для отделения их друг от друга. Методы, применяемые для подобного фракционирования, основывались главным образом на центрифугировании. В этом отношении развитие центрифугирования как аналитического метода и создание высокоскоростных ультрацентрифуг в 20-е — 30-е гг. сыграли весьма важную роль.
Благодаря удивительному историческому совпадению все новые методы стали доступными почти одновременно в середине 40-х гг. Среди многих имен, связанных с этими событиями, имя Альбера Клода, умершего в мае 1983 т., заслуживает особого упоминания. Клод родился в Бельгии на пороге нового века, а в 1929—1949 гг. работал в Рокфеллеровском научно-исследовательском медицинском институте в Нью-Йорке, где впервые самостоятельно, практически без посторонней помощи использовал электронный микроскоп для изучения клеток, а также разработал основные методы фракционирования клеток при помощи центрифугирования. Тем самым, образно говоря, он ввел армии морфологов и химиков на девственные территории клетки, объединил их и показал, сколь плодотворно такое объединение. Сегодня область, открытая Клодом, настолько хорошо изучена, что позволяет даже совершать путешествие по ней, что мы и собираемся сделать. Однако одна часть клетки — ее важнейшая центральная часть, ядро — осталась бы в значительной степени недоступной, если бы не произошло еще одно событие.