Оживление без сенсаций

«Четыре человека, взявшись за руки, образовали круг. Каждый из них должен поймать мяч, бросаемый извне круга. Человеку, который первым ловит мяч, приходится труднее всего, так как он должен освободить обе руки. Второму сделать это легче, ибо одна его рука свободна. Последний поймает мяч легче, чем все участники игры,— ведь он никак не связан с соседями. Ну и, конечно, когда люди стоят лицом к мячу, им поймать его легче, чем стоя к нему спиной. Первая молекула кислорода присоединяется к гемоглобину труднее всего, затем, по мере насыщения кислородом, солевые мостики между цепями разрываются, и темы получают большую степень свободы, чтобы ловить кислород» *.

Конечно, разные патологические процессы могут нарушать работу «молекулярного легкого», а реанимация молекул, к сожалению, дело неимоверно трудное, такие задачи — удел медицины будущего.

Когда в организм пациента проникают «враги», которые пытаются поломать или блокировать гемы, реаниматологу приходится думать не только о судьбе гемоглобина: порфириновые кольца с железным атомом в центре работают также во многих других частях тела. Они всегда связаны с белковыми цепями и образуют важнейшие гемсодержащие белки — гемопротеины. Но гемоглобин — единственный гемсодержащий белок, в названии которого есть слово «гем» (кстати сказать, происходящее от греческого слова «айма» —• кровь). Все остальные скрывают свою принадлежность к гем-клану, хотя функции свои выполняют исправно.

В мышцах кислородную эстафету от гемоглобина принимает другой гемсодержащий белок — миоглобин (мио — от греч. «мышца»). Молекула миоглобина в 4 раза меньше гемоглобиновой — у нее лишь одна цепь и одна пуговица гема, но мышечный гемопротеин оказывается более активным, чем его более солидный брат-путешественник, и легко отнимает у того дефицитный кислород. Миоглобин захватывает кислород и запасает его на тот случай, когда мышца сокращается и по ее сжатым сосудам кровь с «эликсиром жизни» временно циркулировать не может. Вполне понятно, что это особенно важно для сердечной мышцы. Интересно, что миоглобина особенно много у длительно ныряющих животных, например у кашалота.

Итак, кислород совершает свой путь от легких к тканям, оседлав гемоглобин, а затем пересаживается на другой гемсодержащий белок — миоглобин. Дальнейшее путешествие кислорода тесно связано с еще одним семейством гемсодержащих белков — цитохромами. Но если гемоглобин и миоглобин участвуют в транспорте кислорода, то цитохромы служат переносчиками электронов в мембранах митохондрий — частиц еще более мелких, чем клетки.

Процессы электронного транспорта играют ключевую роль в обеспечении живых организмов энергией. Кислород — превосходный окислитель. Но если горение протекает с бурным выделением энергии в виде тепла, то в живых организмах окислительные свойства кислорода используются иначе. До горения тут дело не доходит, потому что окислитель и горючее не приходят в непосредственный контакт. Тем не менее окислительно-восстановительный процесс все-таки идет, заключается он в переносе электронов от продуктов превращения пищи (субстратов) к молекулярному кислороду, однако по дороге каждый электрон вынужден побывать на множестве молекул, образующих так называемую дыхательную цепь. При этом та энергия, которая выделилась бы при обычном горении в виде тепла, в особых органах клетки — ее энергетических станциях— митохондриях частично превращается в энергию химических связей молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Молекулы АТФ затем используются в качестве источника энергии в других биохимических процессах.

Последний перед кислородом участок дыхательной цепи как раз и включает несколько гемсодержащих белков, объединяемых под общим названием цитохромов.

Интересно, как природа расставляет на всех ключевых участках транспорта кислорода железные верстовые столбы. Мало того, на опасных участках этого пути стоят железные часовые.

Процесс окисления с помощью цитохромов дает побочный продукт, в больших концентрациях губительный для всего живого,— перекись водорода. Вспомним, что раствор этого вещества применяют, например, при дезинфекции ран. Будучи сильным окислителем, перекись водорода может вызвать, в частности, распад эритроцитов. Совершенно ясно, что организм нуждается в защите от столь опасного агента. Главный защитник — известный фермент каталаза. Ее молекула состоит из четырех субъединиц (наподобие гемоглобина), каждая из которых содержит гем, связанный с белковой цепью. Таким образом, и здесь работают четыре атома железа.