какие бы то ни было жизненные функции организма. Однако природа многих химикатов, используемых в борьбе с насекомыми, грызунами и сорняками, такова, что они могут непосредственно воздействовать на эту систему и нарушить работу слаженного механизма.
Исследования, которые привели к пониманию процесса клеточного окисления, являются одним из наиболее значительных достижений в области биологии и биохимии. Среди тех, кто внес вклад в эту работу, много лауреатов Нобелевской премии. Работа эта ведется вот уже четверть века и полностью не завершена еще и сейчас. Только в последнем десятилетии разрозненные экспериментальные данные были объединены в единое целое и биологическое окисление стало составной частью научных познаний биологов. Еще более важным является тот факт, что врачи, получившие медицинское образование до 1950 года, не имели возможности по-настоящему оценить исключительную важность этого процесса и опасность его нарушения.
Энергия вырабатывается не одним каким-либо специальным органом, каждой клеткой нашего тела. Живая клетка, как пламя, сжигает топливо и производит энергию, от которой зависит жизнь. Это сравнение скорее поэтичное, чем точное, так как для «сжигания» топлива клетке достаточно умеренного тепла человеческого тела. Все эти миллиарды маленьких огоньков разжигают энергию жизни, сказал химик Юджин Рабинович. Если бы они погасли, «то ни одно сердце не смогло бы биться, ни одно растение не могло бы расти вверх, преодолевая силу земного притяжения, ни одна амеба не могла бы плавать, чувства не могли бы проноситься по нервам, в человеческом мозгу не возникала бы ни одна мысль».
Превращение материи в энергию, происходящее в клетке, — это непрерывный процесс, один из природных циклов обновления, вечно вращающееся колесо. Постепенно, молекула за молекулой, углеводное топливо в форме глюкозы попадает в это колесо; в своем циклическом движении молекула этого топлива распадается и подвергается ряду небольших химических изменений. Изменения происходят в определенном порядке, шаг за шагом, причем каждый шаг направляется и контролируется ферментом, выполняющим только одну эту определенную функцию. На каждом этапе вырабатывается энергия, выделяются отходы (углекислота и вода), и измененная молекула топлива вступает в следующую стадию. Когда колесо делает полный оборот, молекула оказывается уже готовой соединиться с другой молекулой, попадающей в колесо, и начать новый цикл.
Этот процесс, который заставляет клетку действовать подробно химической фабрике, является одним из чудес живой природы. То, что размеры всех функционирующих элементов бесконечно малы, делает это чудо еще более поразительным. За редкими исключениями, сами клетки чрезвычайно малы и видимы только под микроскопом. Однако большая часть работы по окислению производится в еще меньшей мастерской, в крохотных гранулах внутри клетки, называемых митохондриями.
О существовании их известно уже более 60 лет, однако они до последнего времени считались клеточными элементами, выполняющими неведомые и, по всей вероятности, несущественные для организма функции. Только в 50‑х годах началось их интенсивное и плодотворное изучение; за 5 лет митохондриям было посвящено более 1000 работ.
Можно только поражаться терпению и изобретательности, которые потребовались для раскрытия тайны митохондрию. Представьте себе бесконечно малую частицу, едва различимую под микроскопом даже при увеличении в 300 раз. Теперь подумайте, какое требуется искусство, чтобы отделить эту частицу, проанализировать ее компоненты и определить их крайне сложные функции. Однако все это было проделано с помощью электронного микроскопа и биохимических средств.
Теперь стало известно, что митохондрия — это крошечный пучок ферментов, разнообразный их набор, включающий все ферменты, необходимые для окислительного цикла и разложенные в строгом порядке на стенках и перегородках. Митохондрии — это «электростанции», в которых происходят почти все реакции, сопровождающиеся выделением энергии. После того как прошли первые, предварительные стадии окисления в цитоплазме, молекула топлива поступает в митохондрию.
И здесь заканчивается процесс окисления, освобождается колоссальное количество энергии.
Бесконечно повторяющийся процесс окисления в митохондриях был бы бесполезным, если бы он не давал этого важнейшего результата. Энергия, вырабатываемая на каждой стадии окислительного цикла, находится в форме, которую биохимики фамильярно называют АТФ (аденозинтрифосфат), молекулы, содержащей три фосфатные группы. АТФ способна выделять энергию потому, что может передавать одну из своих фосфатных групп другим веществам вместе с энергией ее связей — электронов, носящихся туда обратно с огромной скоростью. Таким образом, в мышечной клетке энергия, нужная для сокращения, появляется, когда концевая фосфатная группа переходит в сокращающуюся мышцу. Начинается другой цикл — цикл в цикле: молекула АТФ отдает одну из своих фосфатных групп и становится дифосфатной молекулой, АДФ. Но по мере того, как колесо поворачивается, присоединяется другая фосфатная группа, и снова получается трифосфатная молекула. Если провести аналогию с аккумуляторной батареей, то АТФ представляет собой заряженную, а АДФ разряженную батарею.
АТФ — это универсальный поток энергии, присущий всем организмам от микроба до человека. Она снабжает мышечные клетки механической энергией и нервные клетки — электрической энергией. Сперматозоид и оплодотворенное яйцо, готовые к огромному взрыву активности, которая превратит яйцо в лягушку, птенца или человеческого младенца, клетка, которая должна вырабатывать гормон, — все они снабжены АТФ. Некоторое количество энергии АТФ используется в митохондрии, но бо́льшая ее часть немедленно переходит в клетку для обеспечения других видов деятельности. Расположение митохондрий в некоторых клетках красноречиво говорит об их функции — они размещены таким образом, что энергия моментально направляется именно туда, где она нужна. В мышечных клетках они группируются вокруг сокращающихся волокон; в нервных клетках они расположены на стыке с соседней клеткой, обеспечивая энергию для передачи импульсов, в спермаклетках они концентрируются в том месте, где хвостовая часть соединяется с головкой.
Зарядка батареи, в процессе которой АДФ и свободная фосфатная группа соединяются для восстановления АТФ, связана с окислительным процессом; это тесное соединение называется спаренным фосфорилированием. Если связь распадается, то пропадает средство выработки полезной энергии. Дыхание не прекращается, но энергия больше не вырабатывается. Клетка становится как бы работающим мотором, выделяющим тепло, но не вырабатывающим силовой энергии. В результате мышца перестает сокращаться, а нервные пути теряют способность передавать импульсы. Сперма не может двигаться в нужном направлении; оплодотворенное яйцо не доходит до конца в своем сложном развитии. Последствия распада связи могут быть катастрофическими для любого организма, от эмбриона до взрослой особи: через некоторое время он может привести к отмиранию ткани или даже к гибели всего организма.
В результате чего может произойти распад? Радиация вызывает распад и гибель клеток, подвергшихся облучению, некоторые специалисты объясняют именно этой причиной. К сожалению, очень многие химические вещества обладают способностью отделять окисление от производства энергии, и в число этих
