Знание-сила, 2000 № 05-06 (875,876)

Оба процесса энергетического преобразования азота и серы довольно давно известны науке. Да и каждый, кто был на «водах» где-нибудь в Мацесте, помнит желтый «налет» по берегам ручьев и протоков, представляющий собой чистую серу, «выделившуюся» из сероводорода под действием атмосферного кислорода. Человечество начало вносить в почву азотные удобрения не так уж давно — всего каких-то сто лет назад. В почве же микроорганизмы вот уже более миллиарда лет «переводят» неусвояемый растениями аммиак в азотные и азотистые соли, которые «на ура» усваиваются растительными корнями. И в наших высокоорганизованных клетках есть древний «осколок» бескислородного начала энергетического обмена — анаэробный гликолиз.

Анаэробное расщепление глюкозы весьма неэффективно Чистый «навар» составляет каких-то две молекулы АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты, из почти что 40, которые клетка добывает в конечном итоге, окисляя молекулу глюкозы с помощью кислорода.

И «золы» в такой анаэробной «топке» очень много: без кислорода образуется молочная кислота, которая ядовита для клетки. Мы ощущаем это, когда на следующий день после неожиданной физической нагрузки у нас «ломит» буквально все тело. Это накопившаяся в мышцах молочная кислота сдвигает нормальную реакцию в кислую сторону, делая невозможным какое бы то ни было движение (очень хорошая майская метафора: поясница после вскапывания земли на даче просто не разгибается).

АТФ называют «энерговалютой» клетки, поскольку живые клетки могут использовать энергию только в виде этого трифосфорного соединения. «Голова» молекулы АТФ представлена аденозином, то есть «буквой» ген-кода с сахаром, и «хвостом» из трех фосфоров: Аденин + Рибоза + Р-Р-Р Последний фосфор отщепляется ферментом, а это приводит к высвобождению энергии, которая идет на различные клеточные процессы. Так оказывается «сопряженным» обмен нуклеиновых кислот (генов) и энергии.

Очень разумное соединение функций, поскольку ген ведь тоже своего рода регулятор, только информационных потоков. Это доказывается существованием специальных клеточных регуляторов, в основе которых лежит ГТФ, то есть гуанозинтрифосфат — другая буква ген-кода с тремя фосфорами. ГТФ регулирует реакцию клетки на действие различных стимуляторов — гормонов, митогенов, ростовых факторов и так далее, а также, как выяснилось совсем недавно, и деление клетки.

Деление это невозможно без тубулина, основного белка микротрубочек (от лат. «тубула» — трубочка) веретена делении, с помощью которых «растаскиваются» к полюсам хромосомы. При раке тубулин начинав! вести себя не так, как «положено», что приводит к нарушениям в делении. Известный противораковый препарат таксол связывается с молекулой тубулина в непосредственной близости от места «прикрепления» ГТФ. Другой ГТФ-связывающий белок р21 «рас», о котором писал журнал «Знание — сила», часто изменен в раковых клетках, что приводит к выключению его функции расшепления ГТФ.

Интересно, что у примитивной археобакгсрии метанококка совсем недавно обнаружен белок, очень похожий на тубулин веретена деления. Микробный белок участвует в образовании специального белкового кольца перетяжки между поделившимися клетками. И хотя, естественно, сходство аминокислотных последовательностей белков микроба и высшей клетки невелико, однако оно очень существенно в месте связывания ГТФ. Да и общая структура белков сходна в своих основных «построениях».

В этом отношении более демонстративным примером сходства служат последовательности одного из сейчас наиболее любимых объектов молекулярных биологов — знаменитого почвенного круглого черничка «Кэнорабдитис элеганс». За каких-то пятнадцать лет удалось от «физической» тенкарты этого организма, состоящего из чуть более тысячи клеток, добраться до полного прочтения генома. Оказалось, что треть «червячных» белков сходна с человеческими, а 70 процентов известных на сегодня белков человека имеют сходные последовательности с кэнорабдитис!

Сейчас гены сначала находят у червя, а затем у мыши и, наконец, у человека. Так было в примере с генами апоптоза — запрограммированной смерти клеток, о чем писал журнал «Знание — сила». Выяснилось, что один из белков апоптоза («Бкл») атакует митохондрии, в результате чего из последних выделяются различные факторы, стимулирующие включение генов смерти, что приводит к фрагментации ДНК, хромосом и гибели клетки.

О митохондриях чуть позже, а сейчас вернемся к микробам. Некоторые из них очень «любят» проникать в цитоплазму клеток, взять хотя бы те же тифозные риккетсии, туберкулезную бациллу и так далее. Для этого у них есть специальный ген белка «инвазина», с помощью которого и осуществляется инвазия, или вторжение в клетку. Перенос гена инвазина «безобидной» кишечной палочки делает ее внутриклеточным паразитом.

Риккетсия названа в честь X. Риккетса, который со своим коллегой С. Провасеком изучал тиф. Оба погибли на эпидемии этого заболевания. Больше повезло Ш. Николю, получившему в 1928 году Нобелевскую премию за доказательство того, что тиф передается вшами и блохами.