Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

Все вышесказанное свидетельствует о хрупкости нашего организма и о его совершенстве, когда он работает правильно. У здорового человека секреция инсулина регулируется островками, с тем чтобы содержание гормона в крови соответствовало уровню глюкозы. Если мы попробуем контролировать этот процесс, так сказать, вручную, когда отказывают естественные механизмы, то результат обычно бывает непредсказуемым, хотя, конечно, это лучше, чем ничего.

Одним из недостатков инсулиновой терапии является то, что препараты инсулина необходимо вводить в виде инъекций. Это неизменно влечет за собой наличие шприца, необходимость делать укол и прочие неудобства. Дела обстояли бы намного проще, если бы инсулин выпускали в виде порошка или таблетки и его можно было проглотить. К сожалению, это исключено. Молекула инсулина представляет собой белок, который в пищеварительном тракте быстро переваривается, не оказывая воздействия.

Пока также отсутствуют заменители инсулина, которые бы не разрушались в желудке и выполняли непосредственные функции инсулина. Более пятидесяти лет назад группа британских химиков под руководством Фредерика Сенгера занялась изучением молекулы инсулина, пытаясь определить ее точную структуру. Они использовали те же общие методы, которые описаны в главе 7 в связи с определением аминокислотного состава гемоглобинов. Именно группа Сенгера довела эти методы до совершенства.

К 1953 году исследования увенчались успехом. Самый маленький вариант инсулиновой молекулы состоит из сорока восьми аминокислот, положение каждой из них точно установлено. К сожалению, на этом работа застопорилась. Ничто в молекулярной структуре не говорило о том, что можно создать нечто более простое. Любые изменения молекулы инсулина, даже не нарушающие ее сложное строение, полностью лишали ее активности. Биохимики зашли в тупик.

Однако существовал совершенно иной подход к этой проблеме, который возродил надежду на возможность внутреннего использования препарата. Гормон должен не только быстро вырабатываться по мере необходимости, но и столь же быстро уничтожаться. Если уровень глюкозы в крови падает и островки снижают выработку инсулина, концентрация глюкозы восстанавливается. Однако скорость реакции сдерживается тем, что в крови и тканях еще есть инсулин, выделенный островками. Если этот «старый» инсулин можно уничтожить одновременно с выделением «нового», быстрота и точность реакции будут увеличены.

Инактивация «старого» инсулина производится при помощи фермента — инсулиназы. Больные, чей организм вырабатывает недостаточно инсулина, не могут вырабатывать его больше при помощи известного нам лечения, но можно сдерживать инактивацию инсулина, если будет найдено вещество, уменьшающее активность инсулиназы, но не препятствующее работе других ферментов.

Такие инсулиназы, снижающие активность вещества, были найдены. Они в неизменном виде усваиваются организмом с пищей, поэтому их можно принимать внутрь. Их можно синтезировать без особых трудностей, поэтому нет необходимости убивать животных, у каждого из которых только одна поджелудочная железа. Остается только убедиться, что организму не будет нанесен вред.

Конечно, чтобы такие «таблетки от диабета» действовали, организм должен вырабатывать хотя бы ничтожное количество инсулина. Обычно так происходит с людьми, у которых диабет развивается в зрелом возрасте. У детей диабет протекает более тяжело, и часто у них вовсе не вырабатывается инсулин. Снижение активности инсулиназы у детей ни к чему не приведет, и пока ничто не может заменить им инъекций инсулина.

Я уже упомянул, что инсулин вызывает поступление глюкозы из крови в клетки. Существует два взгляда на то, как это удается инсулину. Согласно одному из них инсулин воздействует на определенный фермент.

Например, сразу после проникновения глюкозы в клетку она превращается в соединение, которое носит название глюкозо-6-фосфата. Эта реакция протекает под управлением фермента — глюкокиназы. Если ткань, содержащую этот фермент, снабдить глюкозой и другими необходимыми веществами, глюкоза исчезнет, а ее место займет глюкозо-6-фосфат. Если добавить немного инсулина, реакция пройдет еще быстрее.

Очевидно, инсулин ускоряет действие глюкокиназы или нейтрализует воздействие другого гормона, снижающего активность глюкокиназы, в любом случае результат один и тот же. Как только в клетке печени образуется глюкозо-6-фосфат, он, пройдя несколько этапов химических преобразований, превращается в гликоген и откладывается про запас. Если он формируется в других клетках, то может распасться до углекислого газа и воды с высвобождением энергии для нужд клетки.

В любом случае глюкоза быстро исчезает из клетки, и туда из крови должны поступать новые порции глюкозы.

Если инсулина недостаточно, глюкокиназа малоактивна и глюкозо-6-фосфат образуется медленно. Глюкоза из клетки исчезает также очень медленно, и так же вяло протекает процесс поступления ее в клетки. Глюкоза накапливается в крови, и возникают симптомы диабета.

В настоящее время больше принята другая точка зрения, согласно которой инсулин выполняет более общую функцию. Дело в том, что клеточная мембрана — не просто пассивная граница между клеткой и внешним миром, не просто барьер с микроскопическими отверстиями, через которые могут проникнуть одни молекулы и не могут другие.

В предыдущей главе, рассказывая об ионах натрия и калия, я заметил, что большинство ионов калия сосредоточены в клетке, а большинство ионов натрия остаются за ее пределами, хотя оба вида ионов свободно проникают сквозь клеточные мембраны.

Очевидно, у клетки есть какой-то механизм, позволяющий одним молекулам или ионам проникать сквозь мембрану, в то время как другие такого же размера через нее не проходят. Более того, молекулы или ионы могут проходить через мембрану только в одном направлении. Такой процесс, неизбежно влекущий за собой затраты энергии, не может выполняться мертвой клеткой, и называется он активным транспортиртом. Некоторые ученые считают, что в мембране существуют особые белки — пермеазы, которые обеспечивают односторонний транспорт ионов через мембрану.

Точно установлено, что глюкоза попадает в клетки при помощи активного транспортирта. Она проникает в клетки кишечника из пищеварительного тракта намного быстрее подобных ей сахаров даже меньшего размера. С такой же быстротой и легкостью она попадает из крови в клетки.

Правда, средством, используемым для этой цели, может быть снижение концентрации глюкозо-6-фосфата в клетке, что приведет к дополнительному захвату ею глюкозы. Однако биохимики, придерживающиеся второй точки зрения, утверждают, что быстрое проникновение глюкозы в клетку зависит от клеточной мембраны. Они утверждают, что молекулы инсулина, взаимодействуя с клеточной мембраной, изменяют ее свойства.

Лично мне больше по душе вторая точка зрения: если она верна, то можно объяснить деятельность гормонов вообще. Каждый гормон, взаимодействуя с мембраной клетки, способен управлять скоростью прохождения различных веществ через нее и тем самым контролировать функции всего организма.

Глава 11 Эти подвижные белки

В начале предыдущей главы я упомянул, что органические компоненты пищи делятся на три группы. Я рассказал об одной из этих групп: углеводах. Далее логично было бы перейти к белкам, потому что их метаболизм в организме происходит параллельно с метаболизмом углеводов.

Как правило, молекулы белков крупные и расщепляются при помощи кислот или ферментов. Таким же образом претерпевают изменение крупные молекулы крахмала или целлюлозы. Однако углеводы расщепляются на один тип молекул — глюкозу. Белки же расщепляются на несколько разных типов молекул. В основном это аминокислоты, о которых уже говорилось в главе 7. В белках содержатся девятнадцать различных аминокислот.

Аминокислоты, встречающиеся в природе, кроме углерода, водорода и кислорода, содержат атомы азота. В три из них включены также атомы серы. Все аминокислоты обладают сходными свойствами, различающимися только в деталях. Молекула каждой аминокислоты содержит центральный атом углерода, к которому с одной стороны прикреплена аминогруппа, состоящая из атома азота и двух атомов водорода и обладающая щелочными свойствами, а с другой стороны — карбоксильная группа, состоящая из атома углерода, двух атомов кислорода и атома водорода, обладающая кислотными свойствами. Отсюда происходит название «аминокислота». К центральному атому углерода также прикреплен один атом водорода, а четвертую и последнюю связь соединяет центральный атом углерода с более или менее сложной группой атомов — боковой группой. Именно она различается у каждой из девятнадцати аминокислот.