В глубинах клетки

Каким путем ухитряется клетка из более простых соединений построить своеобразную молекулу простаглаидина, обладающего мощным биологическим действием, которое не свойственно исходным полупродуктам? Где это все происходит? Давно ли живые организмы "научились" это делать?

Если кормить молодых крысят пищей, в которой отсутствуют некоторые жирные кислоты, то вскоре рост животных замедляется, потом останавливается, у них начинается заболевание кожи. Ни к чему хорошему это не приводит. Биологи такие жирные кислоты называют незаменимыми для организма. Для синтеза простаглаидина Е как раз необходима незаменимая жирная кислота, арахидоновая. Она поступает с растительной пищей, поскольку растения способны синтезировать эти жирные кислоты.

Химические превращения арахидоновой кислоты происходят в полупроницаемых оболочках клетки, или, иными словами, в мембране. Она окружает клетку со всех сторон и отделяет ее от других клеток. Другие мембраны пронизывают клетку и все внутриклеточные образования. Наружные мембраны можно сравнить с наружными стенами современного жилого здания, внутренние - с перегородками между этажами здания и стенками многочисленных квартир.

Мембраны - образования тонкие и весьма сложные. Толщина наружных мембран составляет 60-100 ангстрем. Одна клетка расположена обычно от другой на некотором расстоянии, и это пространство заполнено "средой", имеющей сложный химический состав. Если рассмотреть клеточную мембрану под электронным микроскопом, то можно заметить ее трехслойность. В середине - стройные ряды молекул липидов, снаружи - два слоя белка, каждый из которых имеет толщину белковой молекулы.

У некоторых клеток на поверхности можно увидеть густую щеточку тонких выростов, у основания этих выростов - впячивания внутрь клетки. Часто кусочек оболочки одной клетки как бы внедряется в поверхность другой и образует нечто вроде перемычки. Размеры всех этих образований на поверхности клетки крайне малы, но число их огромно. На одну клетку может приходиться до 3 тысяч тонких выростов, а на 1 квадратный миллиметр поверхности кишечника человека - 200 миллионов!

Наружные мембраны пронизаны маленькими отверстиями - порами. Пора - не просто дырочка на поверхности клетки. Поры могут возникать и исчезать в зависимости от изменений внешней среды, различных сигналов, поступающих от нервной системы. Размеры пор меняются под влиянием гормонов. На некоторых участках поверхности мембраны поры возникают и исчезают непрерывно.

С точки зрения современного биохимика клеточная оболочка - настоящая биохимическая фабрика. В каждом цехе этой фабрики, в каждом определенном месте клеточной оболочки идет определенная химическая реакция.

Уже лет тридцать назад исследователи умели приготовлять из печени обыкновенной лабораторной белой крысы тонко раздробленную кашицу и с помощью центрифугирования выделять из нее клеточные ядра, митохондрии и другие видимые в обычный световой микроскоп частицы. Все, что оставалось от клеток после центрифугирования, условно называли "мелкими частицами", а потом придумали для них специальное название "микросомы". Название это, как ни странно, прижилось, хотя, как выяснилось в последние годы, в микросомы входит целый ряд разнородных компонентов. Одной из составных частей микросом являются, например, внутренние мембраны клетки. Другой - хорошо изученные в последние годы рибосомы. С ними мы познакомились раньше. Именно в них происходит синтез белка. Третья составная часть микросом - содержимое многочисленных пузырьков, которые постоянно видны внутри клетки.

Так вот, дальнейшие превращения уже известной нам арахидоновой кислоты происходят где-то в микросомах. Где точно, никто не знает. Известно только, что для этого необходимы специальные ферменты. Что реакция идет в присутствии кислорода. Что необходимы кое-какие добавки.

Одним словом, знают пока не ахти как много.

Но факт остается фактом, именно в микросомной фракции происходит таинство: молекула жирной кислоты, состоящая из двадцати углеродных атомов, сгибается пополам, химическая связь между восьмым и двенадцатым атомами углерода замыкается, и образуется пятичленный цикл, от которого, как два длинных хвостика, отходят оставшиеся части молекулы жирной кислоты. Рождается молекула простагландина Е.

А действительно, что же происходит с простагландинами внутри клетки? По-видимому, сначала эти биологически очень активные вещества должны выполнить какую-то работу, проявить свое физиологическое действие. Ну а потом? Что произойдет с ними?

С ненужным для клетки простагландином происходят следующие превращения. В процессе окисления от простагландина "откалываются" кусочки, состоящие из двух или четырех углеродных атомов. Постепенно молекула становится короче и короче. Простагландин, когда-то образовавшийся из незаменимой жирной кислоты, снова превращается в кислоту, но уже обладающую иными химическими и биологическими свойствами. Наблюдаются изменения и в пятичленном цикле. Наконец образовавшаяся молекула выводится из организма через почки.

Описанный путь превращений - это, так сказать, "усредненный" путь разрушения молекулы. Исследователи обнаружили любопытную особенность: у различных животных существуют свои биохимические приемы, с помощью которых организм разделывается с ненужной ему молекулой. У лабораторной крысы - один путь превращений, у морской свинки - другой, у человека - третий... И так далее. Но в принципе они схожи.

А теперь настало время ответить на вопрос: давно ли научились млекопитающие делать простагландины?

Вопрос этот далеко не праздный. Он связан с нерешенной проблемой происхождения жизни на нашей планете. Ведь естественно предположение, что все органические соединения на Земле появились не сразу, а постепенно. Следовательно, некоторые из них возрастом постарше, другие помоложе.

Ученые считают, что простагландины - это древние химические вещества, древние в эволюционном смысле. Не исключено, что они встречались в "первичном бульоне" из органических веществ, который существовал в Мировом океане 3 миллиарда лет назад...

Поводом для таких рассуждений послужил установленный учеными факт. В океане живет примитивный коралл морской кнут. Это один из древнейших живых организмов на Земле. Исследователей поразило следующее обстоятельство: в теле морского кнута содержится чудовищное количество простагландина. Свыше полутора процентов от его собственного веса. В то же время в теле высокоорганизованных животных, например крысы, простагландинов ничтожно мало - порядка 0,001 миллиграмма на грамм сырой ткани. Таким образом, сообщение о высоком содержании простагландинов в теле примитивного коралла - интересная информация для серьезных раздумий.

Современное состояние науки и техники позволяет создать в лаборатории условия, которые существуют на Луне, Марсе, некоторых других планетах солнечной системы. Можно воспроизвести и обстановку древней Земли: температуру, состав атмосферы, влажность, радиационный фон и многое другое. Уже доказано, что все основные блоки, из которых строится живая клетка, легко образуются в экспериментах, воспроизводящих условия первобытной Земли. Такими строительными блоками были аминокислоты, простейшие полупродукты для построения нуклеиновых кислот и хорошо знакомые нам жирные кислоты. Более того, все эти химические соединения находят в самых древних горных и осадочных породах, даже в метеоритах. Если же образуются жирные кислоты, то здесь до простагландинов, как говорится, рукой подать.

Ученые высказывают смелую гипотезу, которая подкупает своей логичностью. Они говорят: все существующие на Земле типы биологических молекул - неизбежный результат химической эволюции. В любом месте вселенной, где бы ни возникли условия, сходные с условиями древней Земли, должны образовываться сходные с земными органические вещества. Не исключено, что простагландины есть не только на нашей планете,