Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек - Страница 22

Доктор Ингрэм неоднократно повторил эксперимент с обоими видами гемоглобина, каждый раз вырезая пятно номер 4, вымывал пептид из бумаги, пока не собралось достаточное количество материала. Конечно, это занятие было утомительным, но совершенно необходимым.

Под четвертым номером оказался пептид, состоящий из девяти аминокислот. Пептид расщеплялся при помощи соляной кислоты вначале на более мелкие фрагменты, а затем на отдельные аминокислоты. Те, в свою очередь, тоже разделялись и исследовались, и, наконец, Ингрэму удалось определить расположение аминокислот в четвертом пятне гемоглобина А. Он был таков: гистидин — валин — лейцин — лейцин — треонин — пролин — глутаминовая кислота — глутаминовая кислота — лизин (это названия различных аминокислот).

Расположение в гемоглобине S было следующим: гистидин — валин — лейцин — лейцин — треонин — пролин — валин — глутаминовая кислота — лизин.

Если вы сравните два списка, то увидите, что в них только одно различие. В том месте, где у гемоглобина А находится глутаминовая кислота, у гемоглобина S находится валин. Насколько нам сегодня известно, это единственное различие между двумя молекулами: несоответствие двух аминокислот из шестисот (по одной в двух одинаковых частях гемоглобина).

Один из коллег доктора Ингрэма, Джон Хаит, проделал тот же эксперимент с гемоглобином C, и в этом случае четвертое пятно оказалось другим. Его расчленили на два фрагмента. В гемоглобине C на месте глутаминовой кислоты, которая присутствовала в гемоглобине А, или валина — в гемоглобине S, оказался лизин. Поскольку фермент трипсин, используемый для расщепления молекулы на две части, атакует пептид в том месте, где находится лизин, четвертое пятно в гемоглобине С разделилось на два пептида, один из семи аминокислот и один из двух.

Теперь стало понятно, что было причиной различного поведения пептидов при электрофорезе. Глутаминовая кислота гемоглобина А несет отрицательный заряд. У валина в гемоглобине S заряда нет. Лизин в гемоглобине С имеет положительный заряд. В итоге заряды у каждого пептида различны, поэтому в электрическом поле они ведут себя по-разному.

Конечно, как и все, это громкое открытие немедленно вызвало новые вопросы. Почему такое ничтожное изменение состава молекулы гемоглобина так сильно влияет на его растворимость, устойчивость человека к малярии и тому подобное? Как гены влияют на состав молекулы? Как им удается контролировать соединение шести сотен аминокислот? И что может произойти с геном и заставить его изменить всего одну аминокислоту в молекуле белка?

Как только благодаря гемоглобину и кровеносной системе кислород попадает в клетку, он соединяется с атомами молекул, полученных нами из пищи. В этом задействовано множество химических реакций, каждая из которых контролируется особым ферментом. В пище бесчисленное множество молекул, но в основном они состоят всего из четырех атомов: углерода, водорода, кислорода и азота. Эти четыре атома составляют 99 % всех атомов в пище.

Атомы водорода в органических соединениях (углеродсодержащие соединения, из которых состоят живые ткани и, следовательно, наша пища) легко соединяются в организме с кислородом, образуя воду. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атомы углерода в органических соединениях вступают в реакцию с кислородом и образуют углекислый газ. Молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Во время этих процессов происходит высвобождение энергии, так как смесь органических веществ и кислорода содержит больше энергии, чем образующиеся из нее углекислый газ и вода. Высвободившаяся во время перехода углерода от одного химического соединения к другому энергия выделяется в виде теплоты. Когда мы сжигаем уголь, нефть, природный газ, дерево, бумагу и тому подобное, углерод и водород, содержащиеся в этих материалах, соединяются с кислородом, и мы с благодарностью пользуемся полученным в результате этого теплом. Если реакция к тому же происходит быстро, то, кроме тепла, появляется и пламя.

Реакции в организме происходят намного медленнее, чем в фейерверке, и более строго контролируются. Пламя не возникает, и даже производство тепла сведено к минимуму; в основном энергия сохраняется в виде высокоэнергетических химических соединений. Они, в свою очередь, обеспечивают работу мышц, нервов, способствуют образованию сложных молекул, например белков, и тому подобное.

(Кислород, содержащийся в молекулах пищи, превращает лишь малое количество водорода и углерода в углекислый газ и воду. Для этого организму нужна дополнительная доставка его из атмосферы. Тем не менее пища вносит свой вклад в создание молекул углекислого газа и воды.)

Этому способствуют химические реакции, протекающие в клетках. Клетки запасают энергию или используют ее, а избыток выделяют в виде тепла. Возможно, работа организма эффективна всего где-то на 40 %, что кажется удручающе мало, однако это все же намного больше эффективности созданных человеком машин, таких, как паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания, которые используют энергию от сжигания атомов углерода и водорода. После переработки пищи организм должен избавляться от образующихся химических соединений, так сказать, от «пепла» — воды и углекислого газа.

Вода не представляет никакой сложности. (Поскольку химические реакции, протекающие в живых тканях, называются метаболическими реакциями, образующаяся в их результате вода получила название метаболической, в отличие от той, которую мы пьем и которая первоначально попадает в наш организм.) У человеческого тела находится миллион способов применения воды, и нам доставляет больше неприятностей недостаток воды, нежели ее избыток.

Метаболическая вода и вода, содержащаяся в пище (даже сухая пища, например хлеб, на треть состоит из воды, и вы это быстро поймете, если попробуете съесть сухарь), составляет всего лишь половину потребностей организма в воде. Если мы будем только есть и не будем пить, то на второй день начнем страдать от жажды. По этой причине, кроме еды, мы выпиваем в день пол-литра, а то и литр жидкости (воды или молока, фруктового сока или пива).

Необходимость постоянного пополнения запасов воды возникает оттого, что она разными путями постоянно выводится из нашего организма. Некоторую часть уносит выдыхаемый воздух, и ее можно увидеть как пар, образующийся при дыхании в холодный день. Другая часть выводится с экскрементами (очень мало, в основном при диарее (расстройстве кишечника), и именно потеря воды делает ее столь опасной для новорожденных, у которых запасы воды еще малы). Вода также испаряется с потом даже в прохладные дни. И наконец, часть выводится в виде мочи.

При необходимости организм может «экономить» воду. Если потребление воды не соответствует потребностям организма, моча становится более концентрированной, и из организма выводится меньше воды. Обычно в день выделяется около 1300 миллилитров мочи. При необходимости ее может выделяться всего 500 миллилитров. Но это предел. Даже если вы умираете от жажды, организм все равно будет терять воду, которая ему так нужна. Именно по этой причине наступает смерть от нехватки воды.

Почки помимо прочего являются тем предохранительным клапаном, который защищает нас от того, чтобы мы не захлебнулись в собственной жидкости в тех редких случаях, когда пьем больше воды, чем нужно. Если, например, любовь к пиву выражена у человека до такой степени, что в организм поступает избыточное количество жидкости, то организм может легко и быстро избавиться от излишка при помощи почек. Поэтому у любителей пива после обильного возлияния напитка всегда бывает не менее обильное выделение разбавленной мочи.

У некоторых животных, особенно обитающих в пустыне, выработались механизмы сохранения воды, которые по совершенству намного превосходят наши. Вода из пищи и полученная в результате обмена веществ полностью заменяет им воду, которую они теряют. О таких животных пишут в разделах «Хотите верьте, хотите нет» или называют их животными, которые «никогда не пьют».