Не про бег

Задача нуклеотида – отдать электрон в цепочку дыхательной цепи и перейти в восстановленное состояние. Электрон путешествует по цепочке от одного белка в мембране митохондрии к другому каждый раз с высвобождением энергии, пока не упрется в кислород, который его с нежностью примет. Другими словами, пища окисляется кислородом через цепочку передачи электронов с выделением энергии. Почти все это знали и до Митчелла.

Питер Митчелл ввел в этот процесс мембрану. У химиков не получалось, потому что все свои хитроумные эксперименты они проводили в растворах.

Митохондрия состоит из двух мембран: наружная отделяет ее от остальных элементов клетки, а внутренняя содержит белки – элементы дыхательной цепи.

Идея Митчелла состояла в том, что энергия, высвобождающаяся при прохождении электрона по дыхательной цепи, закачивает протон в пространство, ограниченное внутренней мембраной митохондрии. Он надул мембрану протонами, как воздушный шарик. На разных ее сторонах образовался электрический потенциал. Митохондрия превратилась в самую настоящую батарейку, точно такую же, как стоит в вашем телефоне. Теперь энергию можно хранить долго.

Как только возникает потребность в АТФ, в мембране открывается краник и поток протонов бежит к своим электронам, по пути синтезируя АТФ. Краник этот называется АТФ-синтаза. Это группа ферментов, очень похожая на лесной гриб, которая работает как электромотор: через ее ножку пробегают электроны, шляпка поворачивается на 120 градусов, сжимает исходные компоненты и в буквальном смысле лепит АТФ. И все это волшебство видно в электронный микроскоп.

Митчелл изящно решил все проблемы биоэнергетики. Настолько, что ученые, годами бившиеся над проблемами хранения энергии в клетке, обиделись. У Митчелла не было ни одного союзника. В своем замке в Корнуолле он повесил большую карту мира и втыкал в нее красные флажки каждый раз, когда выходили робкие публикации не очень известных авторов, поддерживающих радикальную идею. Надуть митохондрию протонами – это же бред сумасшедшего фантазера с копеечным оборудованием, смонтированным на первом этаже дома на болоте.

В 1978 году Питер Митчелл получил Нобелевскую премию за вклад в понимание процесса переноса биологической энергии, сделанный благодаря созданию хемиосмотической теории. Нобелевский комитет не дает премий за экспериментально не проверенные теории. Почти никогда. К концу 1970-х годов практически вся карта мира на стене в лаборатории Митчелла была покрыта тонким слоем красных флажков.

Когда-то очень давно митохондрия была самостоятельной клеткой-бактерией со своей энергетикой. Киловатт-часы она добывала на своей внешней мембране, как и все бактерии. В один прекрасный раз одноклеточный организм архея поглотила бактерию, но не переварила ее полностью, а договорилась с ней. Архея предоставляет бактерии питание, а та ей – энергию в виде АТФ. Симбиоз оказался удачным. Проклятье одноклеточных организмов состоит в том, что объем растет пропорционально кубу размера, а площадь поверхности – пропорционально квадрату размера. Поскольку энергия вырабатывается только на мембране, то чем больше размер клетки, тем меньше энергии на единицу массы.

Симбиоз археи с бактерией позволил клетке иметь внутри себя много митохондрий, каждая из которых обладает собственной ДНК и может делиться внутри клетки безгранично, увеличивая производство энергии, независимо от площади внешней мембраны. Осталось понять, что дает сигнал к делению и увеличению мощности.

Питер Митчелл вышел на берег реки Фой рядом со своим замком Глинн Хауз в Корнуолле. Деньги Нобелевской премии ушли на превращение маленькой лаборатории в частный исследовательский центр. «Надо купить землю на той стороне реки, чтобы не дай бог никто не построил там завод», – подумал Митчелл. Хорошо, что немного денег еще осталось.

Электроны, пробегая по дыхательной цепи, рождают свободные радикалы. Те вызывают мутации в генах митохондрий. При накоплении мутаций митохондрия умирает, не оставляя жизнеспособного потомства. Если мутации поражают значительное количество митохондрий, клетка получает сигнал к апоптозу, проще говоря – самоубийству. Как истинный самурай, противиться сигналу клетка не может. Чем она метаболически более активна, тем очевиднее потери. Потеря мышечных клеток ведет к старческой дистрофии, потеря клеток мозга – к дегенеративным заболеваниям, Альцгеймеру и Паркинсону.

А теперь попробуем уменьшить количество свободных радикалов.

Чем меньше зверюшка, тем короче ее век. Кошки живут десять лет, собаки – пятнадцать, гориллы – сорок, человек – семьдесят. Из этой закономерности выбиваются только птицы.

Англичанин Крис Редферн аккуратно снял двухграммовое кольцо с ноги полярной крачки. «Лети», – сказал он и мягко подкинул птицу. Крачка вяло махнула крыльями, пытаясь оправиться от стресса, опустилась почти до земли, быстро замахала, сделала круг над головой Криса и улетела высоко вверх. Через несколько минут Редферн смотрел на монитор компьютера.