Ефим Терлецкий - Металлы, которые всегда с тобой

Первым, кто сообщил о существовании разности электрических потенциалов в организме и усиленно изучал его электрическую активность, был известный немецкий физиолог прошлого века Э. Дюбуа-Реймон. Его излюбленным «инструментом» в этом деле была обыкновенная лягушечья кожа. Именно она является прекрасным пособием при изучении как биологических мембран, так и натриевых насосов.

Судите сами. Если поместить кожу лягушки в раствор поваренной соли, то окажется, что она способна перекачивать ионы со стороны своей наружной поверхности по направлению к внутренней. Этот процесс может продолжаться даже тогда, когда концентрация соли в растворе с внутренней стороны кожи станет в 10 тыс. раз больше, чем с наружной. Естественно, что лягушечья кожа гораздо сложнее, чем просто мембрана, но она представляет собой удобную модель для экспериментов. Исследования ионных насосов проводятся на самых разных органах животных, таких, как желчный пузырь золотых рыбок, мочевой пузырь жаб, нервные волокна кальмаров и крабов... Транспорт ионов при помощи натриевого насоса назвали активным.

Как мы знаем, для действия любой машины нужна энергия. Что же движет нашим насосом?

В течение многих лет учёные не могли подобрать ключи к энергетическому механизму натрий-калиевого насоса. Он оставался вещью в себе, как любят сейчас говорить кибернетики,— «черным ящиком». А между тем ящик этот открывался довольно просто: источником энергии для его работы служит тот же аденозинтрифосфат — АТФ.

Как полагают, живой натриевый насос представляет собой фермент, расщепляющий АТФ, который встроен в саму мембрану (подобно самым совершенным техническим агрегатам, где насос и двигатель скомпонованы в единую систему — моноблок). Такая машина запускается в работу при повышении концентрации натрия внутри клетки или калия вне её

Остаётся добавить, что действие этого фермента, называемого натрий-калий зависимая АТФаза, подавляете» различными ядами, которые тормозят и работу натриевого насоса. Это обстоятельство, собственно говоря, позволило сделать выводы, что именно АТФаза является генератором энергии нашего насоса.

Коль у нас пошли такие индустриальные, что ли, аналогии, то ещё заметим, что из натриевого насоса можно сделать генератор по типу такого, какой имеется в гидроэлектростанции, заставив его вращаться от потока ионов. В самом деле, экспериментаторы доказали, что если пропускать ионы натрия и калия по градиенту концентрации, а не против, как это имеет место в живой клетке, то будет происходить синтез АТФ. Не сулит ли это в перспективе создание ультрамикрогенераторов для каких-либо бионических устройств, имитирующих, скажем, человеческий мозг?

Остановимся на одном типе натриевого насоса, который встречается лишь у галобактерий — микроорганизмов, обитающих в очень солёных водоёмах. Они могут развиваться только в воде с содержанием хлористого натрия не менее 12 %. Всякое понижение концентрации солей для них гибельно (начинает возникать осмотический шок). Поэтому-то впервые они были обнаружены именно в испарительных бассейнах, из которых добывают соль. У галобактерий натриевый насос работает, помимо всего прочего, за счёт световой энергии, поскольку часто им не хватает энергии окисления, энергии дыхания. Для этого служит специальный белок — бактериородопсин.

Родопсин, или зрительный пурпур,— это светочувствительный сложный белок, который заключён в сетчатке глаза к качестве зрительного пигмента палочковых клеток. Поглощая квант света, родопсин распадается, вызывая возбуждение зрительного нерва. В темноте же он синтезируется вновь. Так вот, аналогичный белок, обнаруженный в галобактериях, назвали бактериородопсином. У них ро-. допсин служит дополнительным насосом, работающим от световых квантов. Сложную структуру и этого белка удалось расшифровать коллективу исследователей под руководством академика Ю. А. Овчинникова.

И опять польза от соли, которую мы потребляем с пищей: она способствует созданию определённой концентрации ионов натрия в плазме крови, то есть во внеклеточном пространстве, если за клетки принимать эритроциты. И вот почему кровь соленая... Разность же электрохимических потенциалов, возникшая благодаря ионам натрия, является источником энергии для доставки питательных вещёств клетке, что и обеспечивается натриевым насосом.

Разделённые мембранами ионы калия и натрия становятся главными исполнителями ещё одного удивительного действа — передачи нервного импульса. Характерно, что природа для распространения сигналов пользуется теми же средствами, что и человек,— вернее, мы скопировали у природы способ электрической передачи информации. Единственное различие здесь, пожалуй, в том, что природа прибегает одновременно и к услугам химии. Иными словами, передача нервного импульса (сигнала) происходит при помощи разности потенциалов, создаваемой ионами.