Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Явление горизонтального (латерального) переноса генов было весьма распространено среди бактерий на всем протяжении эволюции. Бактерии не только обмениваются генами с близкими родственниками в пpоцесcе конъюгации, но способны поглощать ДHK из окружающей среды, а затем встраивать ее в собственную ДНК.

Новейшая версия дерева жизни, предложенная Биллом Мартином в 1998 г., выглядит иначе и отражает гибридное происхождение эукариот — см. Martin W. BioEssays. 21: 99 — 104 (1999). — Примеч. пер.

Это проверяемая гипотеза, но на момент написания книги у нас нет окончательного подтверждения ее справедливости или ошибочности. Все истинные цитохромоксидазы получают энергию от кислорода путем перекачивания протонов через мембраны. Градиент протонов используется для производства молекул АТФ. Создание градиента протонов и его превращение в химическую энергию в форме АТФ называют хемиосмотическим сопряжением , и это процесс является универсальным для большинства способов дыхания, как и фотосинтез — еще один пример фундаментальной универсальности жизни. Если выяснится, что цитохромоксидазы бактерий и архей пользуются одинаковыми механизмами перекачивания протонов, это подтвердит наличие дыхательной функции у их общего предка. Напротив, если детали этого механизма в двух доменах жизни различаются, следовательно, цитохромоксидаза возникла в клетках LUCA для решения другой задачи, например для защиты от кислорода или денитрификации (превращения нитратов в азот), а позднее была адаптирована для дыхания в клетках бактерий и архей независимым образом. Имеющиеся на настоящий момент данные позволяют предположить, что цитохромоксидаза перекачивает протоны в клетках бактерий и архей по одному и тому же механизму, так что, вероятно, LUCA использовал этот фермент для этой же цели.

Гены, вышедшие из употребления позднее, все еще можно узнать, поскольку за более короткий отрезок времени их последовательности меньше изменились. Благодаря определению полной нуклеотидной последовательности генома человека мы узнали, какое множество генов было утеряно. Хороший пример — восприятие запаха. Когда-то у наших предков было 900 обонятельных генов, но 60% оказались «испорчены» (на их основе не может синтезироваться функциональный белок). Когда наши предки приматы стали лазать по деревьям, зрение стало играть более важную роль в борьбе за выживание, чем обоняние, так что многие обонятельные гены оказались ненужными и разрушились.

О сходстве механизмов реакций цитохромоксидазы и кислород-выделяющего комплекса писали, в частности, Kypтис Хогансон и его коллеги из Университета Мичигана (см. список литературы в конце книги).

Клемент Фрейд (1924 — 2009) — британский писатель и общественный деятель, ресторатор; внук Зигмунда Фрейда. — Примеч. пер.

Ежегодный цикл лекций на радио BBC на политические, экономические, научные или другие темы, которые читают видные политические и общественные деятели или ученые; названы в честь первого директора BBC лорда Рита. — Примеч. пер.

Это количество (5 — 10 г витамина) получено путем экстраполяции результатов измерений концентрации витамина в гомогенизированных образцах печени козы и может не отражать реального количества витамина, синтезируемого в организме козы за сутки.

Мутация гена фермента NADH-оксидазы, генерирующего свободные радикалы кислорода в активированных нейтрофилах, приводит к патологическому состоянию, называемому хроническим гранулематозом. При этой патологии нейтрофилы не могут эффективно уничтожать бактерии, так что в коже, лимфатических узлах, легких, печени и костях возникают хронические гноящиеся гранулемы (зоны абсцесса). Больные часто страдают от оппортунистических инфекций. Болезнь часто проявляется в детском возрасте и отчасти контролируется приемом антибиотиков.

Если выражаться наиболее наукообразно, витамин C имеет практически нейтральный восстановительный потенциал: он с большей вероятностью передает электроны сильным, нежели слабым окислителям, и поэтому не мешает нормальной работе клетки.

Обычно слабительное действие витамина C считают неопасным побочным эффектом, несопоставимым по значимости с побочным эффектом многих лекарственных препаратов. Однако это действие можно рассматривать в качестве неслучайного физиологического ответа организма на прием потенциально опасных доз витамина С.

Избыток железа может возникать в результате лечения других заболеваний, например талассемии, вызванной нарушением образования гемоглобина. Без регулярных переливаний крови пациенты с так называемой большой талассемией погибают еще в детском возрасте. Но регулярные переливания крови часто приводят к перегруженности организма железом.

В настоящее время появляется все больше данных, подтверждающих эффективность внутривенного введения витамина С в рамках противоопухолевой терапии. — Примеч. пер.

Сторонники приема «мегадоз» витамина C утверждают, что регенерация витамина глутатионом неэффективна: она происходит медленно, расходует энергию клетки и в конечном итоге только усиливает кризис. Одно из оснований для приема высоких доз витамина при болезни как раз и заключается в том, что витамин позволяет обойтись без такой опасной стадии регенерации. Однако это верно в растворе, но не внутри клетки, особенно если защита нужна немедленно. Дело в том, что большинство клеток узнают только окисленную форму витамина C — дегидроаскорбат. Сначала витамин С должен окислиться, проникнуть в клетки в виде дегидроаскорбата и, наконец, превратиться в витамин С при помощи глутатиона. Это далеко не короткий путь.

Фридович, который теперь считается родоначальником исследований свободных радикалов, указывает, что скорость этой реакции близка к максимальной скорости диффузии и кажется невероятной высокой. Медьсодержащий участок в центре фермента занимает менее 1% площади поверхности фермента. Таким образом, при случайной диффузии более 99% столкновений между ферментом и субстратом являются непродуктивными. Поэтому супероксидные радикалы направляются в активный центр фермента с помощью электростатического градиента, как самолет выходит на посадочную полосу, ориентируясь на световые сигналы. Активность фермента соответствует скорости диффузии по той причине, что фермент направляет течение естественного процесса. Замена аминокислотных остатков в молекуле фермента может изменять электростатические взаимодействия и скорость реакции даже без изменения структуры самого активного центра. Так что можно синтезировать еще более быстрые версии СОД.