7.3. Поездка в Пущино-на-Оке
И еще ученым требуется постоянно болтать друг с другом. Для постороннего наблюдателя такое общение выглядит пустой тратой времени, а на самом деле без этого просто нельзя.
Джеймс Уотсон, американский биохимик лауреат Нобелевской премии
Здесь автор книги должен чистосердечно признаться: он вовсе не биолог, не биохимик и до поры до времени о том, что такое митохондрии, знал лишь понаслышке. Известно ему было только, что в каждой клетке есть частицы – митохондрии, они-то и снабжают клетку (а значит, и весь состоящий из клеток организм) энергией.
Все. Других подробностей я тогда (было это уже давно) не знал, этого мне было достаточно. Но чем больше, подыскивая факты, копался я в литературе, беседовал со специалистами, видел, узнавал, тем более величественные дали и перспективы возникали перед моим умственным взором.
Митохондрии оказались связанными и с зарождением жизни на Земле, и с проблемами старости, и с загадкой творческой силы великих людей, и, наконец, с той повседневностью, обыденностью нашего физического бытия, которые окружают и формируют нас.
Тогда я пережил озарения, меня порой осеняло вдохновение, посещало прозрение. Я многое понял, осознал и в себе самом, и всем этим обязан я был знакомству с крошечными органеллами – митохондриями.
Рассказывать о них нелегко: МХ пока находятся вне нашего поля умственного зрения. Мы свободно рассуждаем о вирусах, атомах, словно они наши соседи, но МХ для нас все еще невидимки, о существовании которых мы даже и не подозреваем.
Итак, с чего же начать? Пожалуй, проще всего (что я и сделал некогда) сесть в Москве у станции метро «Юго-Западная» на рейсовый автобус и отправиться в город Пущино-на-Оке.
Там расположен тогда еще совсем молодой научный центр биологических исследований Академии наук СССР. «Старейшиной» среди подразделений центра являлся Институт биологической физики (ИБФ). В нем, в отделе биоэнергетики, под руководством доктора биологических наук Марии Николаевны Кондрашовой, митохондрии изучали, так сказать, на всех уровнях.
Помню рабочий кабинет Кондрашовой. Он уже сам по себе многое рассказал мне о занятиях своей хозяйки.
На полках рядом с биохимическими опусами (среди них выделялась толстенная монография американского биохимика Альберта Ленинджера «Биохимия») было много и физиологических книг. На стенах кабинета – яркие плакаты, наглядно показывающие участие митохондрий в формировании таких состояний организма, как голодание, диабет, ожирение, дневная и ночная активность и так далее.
Рассмотрел я и громадную карту-схему «Метаболические пути», где подробно перечислялись все известные науке на тот год (эта карта-энциклопедия ежегодно дополнялась и исправлялась) цепи превращений веществ в живой клетке.
В центре карты находится цикл Кребса, та «крутящаяся» внутри каждой МХ «мельница», где перемалываются конечные продукты распада пищи…
В ИБФ биохимия (МХ традиционно выделяют из сердца быка, надо ехать на бойню, затем в лаборатории выделить митохондрии, да чтоб они были нужной кондиции, хорошо дышали и т. д.) спокойно уживается с физикой (арсенал могучих средств исследований от лазеров до масс-спектрометров), а та тянет свою давнюю союзницу – математику (в Пущино-на-Оке свой вычислительный центр). И вся эта внушительная компания сотрудничает с медициной: везде проскальзывает, чувствуется желание дать средства, имеющие практический, лечебный эффект.
Так с четырех сторон сотрудники отдела биоэнергетики ИБФ ищут новые способы и для разгадки секретов МХ.
7.4. Пришельцы-завоеватели
Природа, дорогой сэр, это всего лишь гипотеза.
Рауль Дюфи
Более века назад Луи Пастер (1822–1895) во время своих знаменитых исследований проблем порчи вина заметил, что клетки способны как без кислорода (брожение, гликолиз), так и с кислородом. Они охотно переходят от брожения к дыханию, как только количество кислорода достигнет одной сотой нынешнего содержания кислорода в атмосфере. Это явление получило название «эффект Пастера».
Подоплека дела ясна. Кислород – невероятно эффективный источник энергии. Так, в «дышащей» МХ при «сжигании» молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, при гликолизе же (без кислорода) лишь 2 молекулы АТФ.
Один из парадоксов жизни состоит в том, что почти все ее формы нуждаются в кислороде для получения энергии, достаточной для выживания. В то же время кислород, будучи элементом химически архиактивным, способен смертельно отравить любой из жизненных компонентов клетки. Как же удалось природе разрешить это противоречие?
Еще факты для размышлений.
В ходе исследований МХ обнаружилось: выделенные и изолированные от клеток, они имеют все необходимое – коэнзимы, кофакторы, ферменты – для вполне самостоятельного существования. В МХ есть свои собственные, отличные от клеточных, рибосомы и свой генетический аппарат для синтеза белков. МХ способны к делению и самовоспроизведению: жизнь МХ коротка, длится примерно 10 дней.
Итак, МХ в клетке – это настоящее государство в государстве. Давно уже обратили внимание на огромное сходство МХ с бактериями. МХ находится в непрерывном движении, особенно палочковидные формы, которые постоянно изгибаются и скучиваются (по-видимому, так им легче «охотиться» за кислородом), чем очень напоминают бактерии.
Так вот, существует очень правдоподобная гипотеза (вероятно, она скоро станет общеизвестным фактом): МХ – это пришельцы-завоеватели, примитивные бактериеподобные организмы, проникшие в клетку и приспособившиеся к жизни в ней.
Произошел симбиоз: МХ, умеющие утилизировать все «сжигающий» кислород, обильно снабжают клетку энергией в виде универсальной энергетической монеты – АТФ, клетка же дает МХ пищу – топливо.
Этот союз, заключенный в доисторические времена, когда кислородная атмосфера на Земле только зарождалась (тут и разгадка эффекта Пастера), длится уже многие сотни миллионов лет. Природа, найдя удачное решение, тысячекратно повторила его, чеканя всевозможные клетки, как серебряные рубли, – всегда на один лад, лишь обсасывая, шлифуя свою находку.
К сожалению, пока нельзя спросить ни клетку, ни митохондрии: а как вам живется? Так ли прочен союз? Не возникают ли семейные дрязги, неурядицы, распри, ссоры?
Мы, люди, в силу своего технологического младенчества привыкли ахать, представлять себе природу как совершенный идеал. Ферменты, действующие при комнатной температуре (Ах! Ах!), невероятная эффективность мозга, клетки которого не восстанавливаются (!!), цирковые трюки вроде окислительного фосфорилирования – все это, конечно, производит впечатление, все это так!! Но и на Солнце есть пятна. Нет-нет да и мелькнет в результатах исследований этакий насмешливый «хвостик» той или иной «слепой кишки», атавизма, биологической несуразицы.
И кто знает, может быть, настанет день, когда биологические процессы предстанут перед нами сплошной патологией, которая каким-то чудом ухитряется быть нормой. Основание для таких прогнозов – тот факт, что биологические процессы всегда идут параллельно, дублируя друг друга (к примеру, в клетке дыхание и гликолиз). И включение одного механизма автоматически исключает, угнетает другие конкурентные механизмы.
