Терлецкий - Металлы, которые всегда с тобой

Сегодня известно несколько цитохромов, однако наиболее изучены те из них, которые участвуют в процессах клеточного дыхания. Цитохром а имеет молекулярную массу 70 тыс., цитохром b — 20 тыс., цитохром с — 13 тыс. Для того чтобы в какой-то степени дать представление о всей сложности исследований этих веществ, заметим, что сегодня 1 г цитохромоксидазы стоит 6 тыс. руб.!

Процесс окисления с помощью цитохромов даёт побочный продукт, в больших концентрациях губительный для всего живого,— перекись водорода. Вспомним, что раствор этого вещёства применяют, например, при дезинфекции ран. Перекись водорода является сильным окислителем и в крови может вызывать гемолиз эритроцитов. Совершенно ясно, что организм нужно защитить от этого крайне опасного соединения.

Такая защита есть. Это фермент каталаза. Ее молекула имеет массу 250 тыс. и состоит из четырёх субъединиц, каждая из которых содержит гем, связанный с полипептидной белковой цепью. Таким образом, как и в гемоглобине, здесь имеется 4 атома железа. Каталаза разлагает перекись водорода на воду и кислород. Но что интересно, когда концентрация перекиси водорода становится незначительной, каталаза начинает катализировать реакцию окисления перекисью водорода спиртов, формальдегидов и нитратов. Ферменту простаивать нельзя!

Открытие каталазы также связано с перекисью водорода. Ещё Луи Тенар, который, как мы знаем, занимался каталитическим разложением аммиака, открыл перекись водорода в 1818 году и заметил каталитическую активность по отношению к этому вещёству животных тканей. Но только в 1907 году было установлено, что в этом повинен фермент, который и назвали каталазой. В кристаллическом виде получить её удалось только через 30 лет из печени быка. Это один из наиболее активных ферментов, молекула которого разлагает в секунду 6 миллионов молекул перекиси водорода.

Есть ещё один фермент, содержащий железо, который также катализирует реакцию разложения перекиси водорода, это пёроксидаза, открытая в самом начале нашего века. Она содержится в слюне, в соке поджелудочной железы, в печени, почках и в лейкоцитах. Имеются сведения, что в плазме крови присутствует особая пёроксидаза, которая способствует реакциям некоторых производных перекиси водорода. У растений особенно богаты пёроксидазой сок фигового дерева и корень хрена. И вообще следует заметить, что этот фермент широко распространён в живой природе.

Пероксидаза, пожалуй, и один из самых интересных ферментов. Достаточно сказать, что его изучению посвятили себя такие выдающиеся учёные, как наш соотечественник А. Н. Бах и немецкий биохимик Р. Вильштеттер, прославившийся исследованиями хлорофилла. Особой активностью отличается пёроксидаза, полученная из корней хрена. Молекула фермента имеет массу 44 100 и содержит один атом железа. Из молока была выделена лактопёроксидаза с молекулярной массой 92 тыс.

Исследователей, которые изучали превращения пёрок-сидазы, восхищали разнообразные краски продуктов реакции чуть ли не всех цветов радуги. Недаром, американский учёный Б. Саундерс завершил свою обзорную статью о ферментах так: «...Любуясь яркими красками живой природы, мы отдаём дань уважения пёроксидазе, от которой зависит образование многих пигментов».

С каталазой и пёроксидазой связывают надежды на получение высокоэффективных препаратов для лечения злокачественных опухолей, так как полагают, что эти ферменты играют важную роль в росте клеток.

До сих пор речь шла о железе, комплексно связанном с белками, о наиболее изученных формах его присутствия в организме. Однако в животных тканях железо находится и в совершенно особом состоянии, в виде соединения с ДНК, имеющего самое прямое отношение к тайнам тайн наследственных механизмов.

Итак, ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота. Открытие структуры её молекулы было, пожалуй, самым сенсационным событием в биологии нашего времени. Ещё бы, после этого стало ясно, как передаётся генетическая информация, от которой зависит строго определённый синтез белков организма. И здесь, как и в молекуле гемоглобина, достаточно одной «опечатки», чтобы произошёл генетический сбой и клетки начали бы воспроизводить дефектные белки. Так вот, сейчас установлено, что репликация — удвоение ДНК, точнее её копирование, зависит от ионов двухвалентных металлов, из которых важнейшая роль принадлежит все тому же железу.

Молекула ДНК, как известно, состоит из двух закрученных спиралей, соединённых определёнными основаниями. Каждая цепь этой двойной спирали содержит образец генетического кода. При делении клеток двойная спираль Материнской ДНК как бы расплетается таким образом, что образуются две дочерние ДНК, в точности соответствующие материнской. Так из поколения в поколение передаются наследственные признаки и специфические формы обмена вещёств. Механизм репликации молекул ДНК в клетках ещё не совсем понятен, однако известно, что 'он катализируется особыми ферментами, которые связываются с ионом металла, регулирующим определённую последовательность аминокислот при синтезе белков. Функции металлов в механизме наследственной информации многообразны. Не только репликация ДНК, но и, пожалуй, каждый этап передачи генетического кода, обеспечивающий синтез белков, так или иначе управляется ионами металлов.

Ещё лет 20 назад украинские учёные из Института геронтологии Академии медицинских наук СССР доказали, что в нуклеиновых кислотах и, в частности, в ДНК содержится заметное количество связанного железа, которое увеличивает стабильность спиральной структуры ДНК, или, иными словами, препятствует её репликации. Следовательно, можно говорить о том, что железо тормозит скорость передачи наследственной информации. Было также установлено, что старение организма сопровождается увеличением количества железа в ДНК. Но чем интенсивней делятся клетки, тем меньше в них железа. Вот в каком количестве этот металл был обнаружен в молекуле ДНК с массой 6 млн.: минимум 1—2 атома и максимально 30—40 атомов. Предполагают, что железо взаимодействует практически со всеми компонентами этой молекулы, но как и на каких стадиях — пока неизвестно.

Несколько позже киевскими учёными был обнаружен интересный факт: под действием аскорбиновой кислоты — витамина С трёхвалентное железо ДНК переходит в двухвалентное, которое уже не мешает репликации. Так что же, если не хочешь стареть, принимай витамин С? Возможно. Конечно, вечной молодости при этом гарантировать нельзя, но всякий знает, что витамины вообще, и аскорбинка в частности, совершенно необходимы нашему организму, правда, в разумных дозах. Ибо, как утверждали ещё древние: все хорошо в меру.