Ольга Шестова - 30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину [litres]

Исследования Кристиана де Дюва позволили взглянуть с другой стороны на морфологические работы Паладе, которого интересовал в первую очередь химический состав наблюдаемых клеточных структур. Начав использовать метод дифференциального центрифугирования, де Дюв стал искать распределение различных ферментов между четырьмя фракциями, полученными в результате разделения содержимого клеток в зависимости от его плотности. Это были ядра, митохондрии (источники энергии клетки), микросомы (фрагментированный эндоплазматический ретикулум) и клеточный сок. Де Дюв обнаружил, что определенные ферменты в осаждаемых фракциях не могли принадлежать ни одной из четырех известных морфологических структур: они осаждались в виде отдельного типа органелл, пятой фракции. Поскольку все ферменты этой фракции были лизирующими (то есть способными растворять, разрушать), де Дюв предположил, что они должны быть ограничены мембраной, чтобы не повредить клетку. Его догадка подтвердилась: вещества, растворявшие мембрану, высвобождали ферменты. Благодаря электронному микроскопу стало возможно рассмотреть и идентифицировать новые клеточные органеллы. Так были открыты лизосомы и началось их пристальное изучение.

Лизосомы выполняют в клетке несколько функций. Прежде всего, они участвуют в процессах, где требуется утилизировать биологический материал. Они задействованы в защитных механизмах против бактерий, при резорбции и секреции. Обычно клетка защищена от агрессивных ферментов, ведь они надежно заключены в мембрану лизосомы. Однако иногда лизосомальные мембраны повреждаются, и тогда лизосомы становятся убийцами: происходит апоптоз, то есть самоуничтожение клетки изнутри. В медицине лизосомы хорошо изучены во многих областях. Например, существует несколько наследственных заболеваний, причина которых – дефицит лизосомальных ферментов: он приводит к накоплению трудно перевариваемых остатков в органеллах. В результате они набухают и не дают клетке нормально функционировать.

Таким образом, лауреаты 1974 года в области физиологии и медицины своими открытиями в значительной степени создали основу современной клеточной биологии. Схема строения клетки, которая встречается в школьных учебниках биологии, – их заслуга. До этого открытия клетку считали ячейкой с некими компонентами. Теперь мы знаем, что клетка – это сложно организованная система со всеми необходимыми для жизни функциями: воспроизводством необходимых частей и энергии, транспортом, деструкцией изношенных или поврежденных частей и защитой от чужеродных организмов и веществ.

Еще недавно многие люди, достигнув возраста, в котором обычно начинают беспокоиться о здоровье, боялись есть яйца, сливочное масло и другие продукты «с высоким содержанием холестерина». Они аргументировали свой отказ тем, что в сосудах могут образоваться холестериновые бляшки, а это чревато атеросклерозом и прочими сердечно-сосудистыми неприятностями. Но все не так однозначно: холестерин холестерину – рознь.

Когда американские ученые – генетик Майкл Браун и биохимик Джозеф Голдстайн – открыли процесс регулирования метаболизма холестерина, стало возможным лечить заболевания, вызванные повышенным уровнем холестерина в крови. Ученые обнаружили, что на поверхности клеток располагаются особые белковые комплексы-рецепторы. Благодаря им циркулирующие в кровотоке молекулы, содержащие холестерин (их называют липопротеинами низкой плотности – ЛПНП), попадают из кровотока внутрь клеток. Браун и Голдстайн установили, что основным механизмом тяжелой генетически обусловленной гиперхолестеринемии, то есть стойкого повышения уровня холестерина, является полное или частичное отсутствие правильно работающих ЛПНП-рецепторов. У здоровых людей употребление продуктов, содержащих холестерин, ингибирует (то есть подавляет) собственный синтез холестерина в клетках. В результате количество ЛПНП-рецепторов на поверхности клетки снижается – так происходит в норме. Дефекты ЛПНП-рецепторов приводят к увеличению уровня холестерина в крови, который впоследствии может накапливаться на стенках артерий, вызывая атеросклероз и в конечном счете сердечный приступ или инсульт. Открытие Брауна и Голдстайна привело к выработке новых подходов к лечению и профилактике атеросклероза, а самих ученых – к Нобелевской премии «за открытие регулирования метаболизма холестерина».

Ведущиеся в последнее десятилетие дискуссии о вреде холестерина могли у многих людей создать впечатление, будто холестерина следует всеми способами избегать, чтобы выжить. Однако это не представляется ни возможным, ни желательным: холестерин содержится во всех наших тканях и жизненно важен для некоторых процессов, происходящих в организме. К тому же холестерин на 80 % вырабатывается нашим телом, так что «неправильное питание» может увеличить его содержание в крови не более, чем на 20 %.

В печени и кишечнике холестерин преобразуется в молекулярные формы, пригодные для переноса их в кровь и лимфатическую жидкость. Эти формы представляют собой комбинацию липидов и белков, поэтому их назвали липопротеинами. С помощью высокоскоростного центрифугирования различные виды липопротеинов классифицировали по их плотности. Важное клиническое значение имеют два вида: липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Последний врачи называют «хорошим холестерином».

У здорового человека в одном литре плазмы содержится около 2 г холестерина. Самые высокие аномальные значения, приблизительно 10 г на литр, обнаруживают при тяжелой болезни – семейной гиперхолестеринемии (СГ), вызванной врожденным дефектом метаболизма.

Холестерин выполняет в организме несколько важных функций.

Во-первых, он представляет собой структурный компонент для клеточных мембран: в них содержится более 90 % всего нашего холестерина. Каждая клетка окружена мембраной – клеточной или плазматической. Это не только защитная оболочка. Мембрана играет роль пропускного пункта, где определяется, каким веществам можно проникнуть внутрь клетки, а каким нельзя. Точно так же работает «контроль» на выходе из клетки. Эту функцию иногда выполняют специфические рецепторы, которые захватывают и транспортируют внутрь клетки определенные молекулы. Открытие в 1973 году Брауном и Голдстайном ЛПНП-рецепторов на поверхности мембран стало важной вехой в исследовании холестерина.

Во-вторых, холестерин является сырьем для синтеза важных гормонов: эстрогена, тестостерона, кортизола и альдостерона. Холестерин хранится в клетках надпочечников и гонад и используется, как только возникает потребность в этих гормонах.