100 великих научных открытий
Шрифт:
Как же все это происходит? Внутри каждой клетки находятся митохондрии – отдельные органеллы («органы» клетки), перерабатывающие глюкозу для получения внутриклеточного источника энергии – АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). АТФ как источник питания универсальна и очень удобна в использовании: в белки она встраивается напрямую, потому очень быстро насыщает их энергией. Самый простой пример – белок миозин, который обеспечивает сокращение мышц.
Однако, несмотря на то что в сахаре содержится очень много энергии, сделать из глюкозы АТФ попросту невозможно. Как же извлечь эту энергию и направить в нужное русло, не прибегая к «варварским» методам вроде сжигания? Нужно задействовать ферменты.
Первый
В результате окисления пирувата отщепляется двуокись углерода (СО2) и образуется ацетильный остаток ацетил-КоА (кофермент А). Затем к реакции присоединяются ацетилы, образованные в процессе расщепления жиров, а дальше происходит цепочка реакций, для удобства запоминания которых была придумана детская считалочка: «Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед» – то есть выделяется цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, кетоглутарат, сукцинил-КoA, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.
Ацетил-КоА конденсируется с молекулой оксалоацетата и дает цитрат. При этом высвобождается кофермент А и молекула воды. От цитрата отщепляется водород, и получается цис-аконитат – вторая трикарбоновая кислота в цикле. Цис-аконитат присоединяет обратно молекулу воды, превращаясь уже в изолимонную кислоту (изоцитрат). Та теряет двуокись углерода (СО2) и одновременно окисляется специфическим ферментом с коферментом НАД, давая кетоглутаровую кислоту. При этом НАД, восстанавливаясь, превращается в другой кофермент – НАДХ. Затем от кетоглутаровой кислоты отщепляется СО2 и образуется сукцинил-КоА, который на следующей стадии вступает в реакцию с водой и превращается в сукцинат, направляя высвобождающуюся энергию на синтез АТФ.
Далее сукцинат, отбрасывая водород, преобразуется в фумарат, тот присоединяет воду и превращается в яблочную кислоту (малат), а последующее окисление снова дает оксалоацетат. Круг замыкается. Одновременно образуется еще одна молекула НАДХ и молекула ФАДХ2 (кофермент, отличный от НАД, который, однако, тоже может окисляться и восстанавливаться, запасая и отдавая энергию). Выходит, что оксалоацетат работает как катализатор, не накапливаясь и не расходуясь в процессе, – его концентрация в митохондриях поддерживается на низком уровне. А как избежать накопления других продуктов, как согласовать между собой все восемь стадий цикла? Для этого, как оказалось, существуют специальные механизмы – своего рода отрицательная обратная связь. Как только концентрация какого-либо продукта превышает норму, работа фермента, ответственного за его синтез, блокируется.
Весь этот процесс, названный циклом Кребса № 2, стал великим открытием для биохимии, поскольку открыл дорогу к пониманию того, как работают клетки внутри человеческого организма.
Результаты исследований ученый послал в журнал Nature, но редакция не захотела печатать статью, и тогда Ханс переправил текст в голландский журнал Enzymologia. В 1953 г. Кребс получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Микроорганизмы
Первые жители Земли – микробы – появились 3,9 млрд лет назад, когда на планете практически не было кислорода. Постепенно
Антони никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих ученых. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном, однако врожденное любопытство постоянно подталкивало его к исследованиям окружающего мира. В течение 20 лет Левенгук осваивал у оптиков искусство обтачивать и шлифовать стекла, посещал алхимиков и аптекарей, выведывая у них тайные способы выплавлять металлы из руд, учился обращаться с золотом и серебром. Голландия всегда славилась мастерами оптики, но Левенгук достиг небывалых успехов. Свои линзы он вставлял в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые сам вытягивал на огне, среди дыма и чада. В итоге его микроскопы, состоявшие всего из одной линзы, получались гораздо сильнее тех, что имели несколько увеличительных стекол. Антони утверждал, что сконструировал 200 приборов – весьма неудобных, зато дававших увеличение до 270 раз.
Разумеется, имея в распоряжении такие микроскопы, Левенгук принялся наводить линзы на все, что попадалось под руку: мышечные волокна кита, чешуйки собственной кожи, овечьи, бобровые и лосиные волоски, которые под стеклышком превращались в толстые мохнатые «бревна». Рассматривая бычьи глаза, Антони восторгался тонким устройством хрусталика. Насадив на тонкую иголочку микроскопа мушиный мозг, с восхищением разглядывал детали этого «чудовищного» органа. Исследовал поперечные срезы разных пород деревьев, изучал семена растений…
В какой-то момент ему пришло в голову направить свою линзу на каплю прозрачной дождевой воды. Впечатленный увиденным, Левенгук написал дочери: «В дождевой воде есть маленькие животные. Они плавают! Они играют! Они в тысячу раз меньше любого существа, которое мы можем видеть простым глазом! Смотри! Ты видишь? Вот что я открыл!»
В 1673 г. исследователь отважился отправить подробные описания и зарисовки своих наблюдений в Лондонское королевское общество – самую авторитетную научную организацию того времени. Письмо под заголовком «Перечень некоторых наблюдений, сделанных с помощью микроскопа, изобретенного мистером Левенгуком, относительно строения кожи, мяса и т. д., жала пчелы и т. д.» удивило и позабавило маститых ученых. Отдельные исследователи и ранее высказывали смутные догадки о существовании каких-то мелких существ, повинных в распространении и возникновении заразных болезней. Но все эти догадки долгое время оставались на уровне гипотез, ведь никто никогда не видел загадочных «зверюшек». А неучу Левенгуку каким-то чудом удалось приоткрыть завесу в неведомый дотоле мир микроорганизмов, которые играют огромную роль в природе и жизни человека.
Несмотря на все сомнения, академики в итоге признали заслуги голландца, и в 1680 г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью, однако не остановился на достигнутом и открыл более 200 видов разных микроорганизмов. Позже, в ходе международной экспедиции в Саргассово море, было обнаружено еще около 1800 микробов.
О том, что микробы являются причиной всех инфекционных заболеваний, первым уверенно заявил французский ученый Луи Пастер (1822—1895). «Если бы Пастер жил во времена отдаленной древности, он превратился бы в мифического героя и память о нем была бы окутана ореолом легенд», – писал его ученик, русский микробиолог Н. Гамалея.