Люстра Чижевского – прибор долголетия
Шрифт:
Картина получалась ошеломляющая. Организм сам специально производит супероксидные радикалы. ОО, чтобы их тут же дисмутировать, то есть по сути дела — уничтожить при помощи повсеместно в нем присутствующего (и очень активного) фермента СОД.
Дальнейшее изучение особенностей молекулы кислорода, ее так называемых активных форм (АФК) привело к пересмотру роли кислорода в биохимии.
Динамика роста научной литературы, посвященной активным формам кислорода, свободным радикалам, окислительным процессам с их участием, говорит о стремительно растущем к ним интересе биологов и медиков. В большинстве публикаций по проблемам, связанным с активными формами кислорода, подчеркивается их деструктивное действие на мембраны, нуклеиновые кислоты
В то же время вне поля зрения большинства исследователей оставался громадный массив данных, свидетельствующих об абсолютной необходимости АФК для процессов жизнедеятельности. Так, при пониженном содержании в атмосфере супероксидных радикалов животные и человек заболевают, а при длительном их отсутствии — гибнут. На производство АФК в норме идет 10–15 %, а в особых обстоятельствах — до 30 % потребляемого организмом кислорода. Становилось также ясным, что определенный «фон» АФК необходим для реализации действия на клетки биорегуляторных молекул, а сами АФК могут имитировать действие многих из них. Именно поэтому все более широкое применение находит «окситерапия» — лечение широкого спектра заболеваний путем искусственной аэроионизации воздуха, обработкой крови такими активным формами кислорода, как озон и перекись водорода.
Таким образом, многочисленные эмпирические данные вошли в противоречие со сложившейся в классической биохимии схемой, в рамках которой АФК видятся лишь как сверхактивные химические частицы, которые могут нарушать стройный ход нормальных биохимических процессов. В то же время не принималась во внимание главная особенность реакций с участием АФК — их чрезвычайно высокий энергетический выход, достаточный для генерации электромагнитных волн. Но благодаря именно этой особенности они могут формировать своеобразные биоэнергетические потоки, необходимые для запуска.
Кислород необходим для всех» организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2 % от массы его тела, потребляет около 20 % получаемого организмом кислорода. Считалось, что почти весь О2, потребляется при окислительном фосфорилировании в митохондриях, но их содержание в нервной ткани не больше, если не меньше, чем в других энергозависимых тканях. Следовательно, существует другой путь утилизации О2, и мозг должен потреблять его на этом пути активнее, чем другие ткани. Альтернативный путь использования О2, для получения энергии — его одноэлектронное восстановление. Свойства молекулы О2, в принципе позволяют получать энергию и на этом пути.
Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит два неспаренных электрона на валентных орбиталях.
Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном состоянии, когда все их электроны спарены. Избыточная энергия О2, (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до двух молекул воды, получив с атомами водорода четыре электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов.
Несмотря на большой избыток энергии, кислород с трудом реагирует с окисляемыми им веществами, поскольку молекула О2 находится в энергетически устойчивом состоянии… Если же О2, тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О2 и образуются промежуточные соединения, названные АФК благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О2 превращается в супероксид-анион радикал О– 2. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, Н2О2. Перекись, будучи не радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись
Свободные радикалы отличаются от обычных молекул не только высокой химической активностью, но и тем, что порождают цепные реакции. «Отобрав» доступный электрон у оказавшейся рядом молекулы, радикал превращается в молекулу, а донор электрона — в радикал, который может продолжить цепь дальше. Действительно, когда в растворах биоорганических соединений развиваются свободнорадикальные реакции, немногочисленные исходные свободные радикалы могут вызывать повреждение громадного числа биомолекул. Именно поэтому АФК традиционно рассматриваются в биохимической литературе как чрезвычайно опасные частицы. Их появлением в среде организма объясняют многие заболевания и даже видят в них основную причину старения.
Все организмы оснащены разнообразными механизмами для целенаправленной генерации АФК. Давно известен фермент НАДФН-оксидаза, активно продуцирующий «токсичный» супероксид, за которым порождается вся гамма АФК. Но до самого последнего времени его считали специфической принадлежностью клеток иммунной системы, объясняя необходимость продукции АФК критическими обстоятельствами защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов. Сейчас стало ясно, что этот фермент вездесущ. Он и подобные ему ферменты найдены в клетках всех трех слоев аорты, в фибробластах, синоцитах, хондроцитах, клетках растений, дрожжей, почки, нейронах коры мозга. Недавно обнаружилось, что все антитела способны продуцировать Н2О2, то есть они также являются генераторами АФК. По некоторым оценкам, даже в покое 10–15 % всего потребляемого животными кислорода подвергается одноэлектронному восстановлению, а в условиях стресса, когда активность супероксид-генерирующих ферментов резко возрастает, интенсивность восстановления кислорода увеличивается еще на 20 %. Таким образом, АФК должны играть весьма важную роль в нормальной физиологии.
Многочисленные исследования показали, что АФК принимают непосредственное участие в формировании разнообразных физиологических ответов клеток на тот или иной молекулярный биорегулятор. Какой конкретно будет реакция клетки — вступит ли она в митотический цикл, пойдет ли в сторону дифференцировки, или же в ней активируются гены, запускающие процесс ее гибели (апоптоза), зависит и от конкретного биорегулятора молекулярной природы, действующего на специфические клеточные рецепторы, и от «контекста», в котором действует данный биорегулятор: предыстории клетки и фонового уровня АФК. Последний зависит от соотношения скоростей и способов продукции и устранения этих активных частиц.
На продукцию АФК клетками влияют те же факторы, что регулируют физиологическую активность клеток, в частности гормоны. Разные клетки, составляющие ткань, реагируют на физиологический раздражитель по-разному, но индивидуальные реакции складываются в реакцию ткани как единого целого. Так, факторы, влияющие на активность НАДФН-оксидазы хондроцитов, стимулируют перестройки хрящевой и костной тканей. Активность НАДФН-оксидазы фибробластов повышается при их механическом раздражении, а на скорость продукции оксидантов стенкой сосудов влияет интенсивность и характер тока по ним крови. Одно из первых событий при оплодотворении сперматозоидом яйцеклетки — резкая активация НАДФН-оксидаз обоих партнеров. При подавлении продукции ими АФК нарушается развитие многоклеточного организма.
АФК и сами могут имитировать действие многих гормонов и нейромедиаторов. Так, Н2О2 в низких концентрациях имитирует действие на жировые клетки инсулина, а инсулин стимулирует в них активность НАДФН-оксидазы. Антагонисты действия инсулина — адреналин и его аналоги — ингибируют НАДФН-оксидазу жировых клеток, а Н2О2 подавляет действие глюкагона иадреналина. Существенно, что генерация клетками О– 2 и других АФК предшествует остальным событиям во внутриклеточной информационной цепи.