Анаэробный распад и аэробный ресинтез пирофосфата в красных кровяных клетках птиц

Полный текст

В прекрасной, увлекательной статье, посвященной Наrvеу’ю, его открытию кровообращения, А. Ф. Самойлов¹) тонко и глубоко отмечает, что это открытие важно не только как установление нового факта, как бы велико ни было его значение само по себе. Значение этого открытия А. Ф. Самойлов оценивает гораздо шире, он видит в нем первое указание на обстоятельство огромной принципиальной важности— на существование в животном организме явлений, „протекающих по замкнутому пути“. Сам Harvey, по замечанию А. Ф. Самойлова, задумывался над существованием и других круговоротов в живой и мертвой природе. Мы знаем, что круговое движение лежит в основе бытия вселенной, от движения планет до вращения электронов в атоме. И расширяя представление о круговых процессах за пределы чисто физической области, как оно вытекало из открытия Наrvеу’я, А. Ф. Самойлов²) распространяет этот принцип и на явления несравненно более сложного порядка, на процессы возбуждения и на психосензорные явления. Но в приложении к биологии клетки последние годы принесли нам указания на то, что этот же принцип круговорота распространяется ы на важнейшие химические процессы в клетке. Древний символ змеи, кусающей свой хвост, быть может, должен олицетворять собою один из основных принципов, управляющих событиями в живой клетке.

Значение таких круговых химических процессов для клетки определяется, с одной стороны, моментами термодинамическими, энергетической экономией клетки, с другой стороны, вопросами материальной экономии. Максимальное использование свободной энергии процесса воз можно лишь при условии, что он протекает обратимо. Если в живой клетке основным источником энергии служат процессы окисления, по существу необратимые, и тем не менее коэффициент использования энергии очень высок, то это становится возможным именно благодаря тому, что с необратимым в целом окислительным процессом связаны разнообразные обратимо протекающие частные процессы. Эти-то обратимые процессы и являются собственно непосредственными источниками энергии для клетки; энергия необратимого процесса -окисления—используется лишь косвенно, именно через обращение этих первичных экзотермических процессов, с обратным восстановлением богатого потенциальной энергией исходного вещества. Классическим примером такой сопряженности обратимого химического процесса, служащего непосредственным источником энергии для клетки, с необратимым окислением, служит общеизвестная схема Meуerhоlʹа, формулирующая связь между анаэробным распадом угле вода. (брожение) и дыханием в клетке.

Данная Меуегhofʹом четкая формулировка этого круговорота и блестящее экспериментальное обоснование ее, несомненно, являются крупнейшим событием теоретической биохимии за последние годы. Дальнейшие исследования принесли новые примеры таких же круговых процессов. К числу их относится прежде всего связанный с Meyerhоfʹовским круговоротом распад фосфагена в мышце и ресинтез его за счет энергии гликолиза (Lundsgaard³). Другим примером может служить дезаминирование адениловой кислоты в мышце и ресинтез (реаминирование) ее за счет окислительного дезаминирования аминокислот (Parnas⁴); ср. Meyerhof⁵).

В работе, касающейся превращений фосфорной кислоты в красных кровяных тельцах⁶), мною было высказано предположение, что в пре вращениях пирофосфата (точнее—пирофосфорно-адениловой кислоты) мы встречаемся опять таки с аналогичным круговым процессом. Настоящим кратким сообщением, которое я хотел бы рассматривать как скромную дань памяти А. Ф. Самойлова, так верно и глубоко оценившего значение круговых процессов для физиологии, я имею в виду привести не которые новые данные в подтверждение первоначального предположения.

Lohmann, обнаруживший в самых разнообразных клетках, от бактерий до тканей млекопитающего, соединения пирофосфорной кислоты, не склонен был приписывать им непосредственное участие в химической динамике клетки. Распад пирофосфата он рассматривал как посмертное явление, как „Absterbenerscheinung“⁷), так как в неповрежденной мышце, например, даже в анаэробных условиях, содержание пирофосфата не меняется. Позднее однако Embden, Hefter и Lehn ar tz⁸), установили, что при не слишком сильном утомлении мышцы наблюдается частичный распад пирофосфата, сменяющийся во время отдыха обратным ресинтезом. Еще не зная об опытах названных авторов, я склонен был думать, что постоянство содержания пирофосфата в мышце лишь кажущееся, что оно является только результатом уравновешивания одновременно протекающих процессов распада и ресинтеза. Так как это постоянство сохраняется и в анаэробных условиях, то как на возможный источник энергии для ресинтеза пирофосфата в мышце я указал на гликолиз⁹). Это предположение получило подтверждение в той же книжка журнала, в работах Luiidsgaard’a¹⁰) и Lipmann’a¹¹), установивших, что при остановке гликолиза иодуксусной кислотой или флуоридом в мышце начинается распад пирофосфата.

Объектом моих исследований служили красные кровяные тельц; как безъядерные (кролик), так и ядросодержащие (гусь, курица, голубь. Здесь речь будет итти лишь о последних. Эритроциты голубя содержа значительные количества пирофосфата, и содержание его при сохранении эритроцитов в аэробных условиях в рингеровском растворе долгое время остается практически неизменным. Прибавление цианида вызывало быстрый распад пирофосфата, почти нацело заканчивающийся на прохождении одного часа. Тот же результат был получен при остановке дыхания другими ядами: наркотиками (фенилуретан) или окисью углерода. Это было истолковано мною таким образом, что и в аэробных условиях идет распад пирофосфата, но в результате дыхания эритроцитов (вероятно сам процесс распада пирофосфата в той или иной мере стимулирует дыхание) идет непрерывный ресинтез. Последний становится- не возможным при остановке дыхания, и тогда обнаруживается скрытый дотоле гидролитический процесс. Таким образом, надо было полагать что в клетке в нормальных условиях мы имеем непрерывный круговорот»

                                       анаэробно

пиро-адениловая ←----------------------→ адениловая кислота+

кислота ←------------------------------------→ + ортофосфат

                                        аэробно

Это представление было подтверждено опытами, в которых по удаления цианида и создания аэробных условий обнаруживался ресигпирофосфата. Число таких опытов было невелико, и применение циан для создания анаэробиоза привносило нежелательный, слишком не-физиологический момент. Задачей дальнейших опытов, результаты кото; здесь будут кратко приведены (подробные протоколы будут опубликованы в другом месте), было проверить прежние наблюдения в условиях чист анаэробиоза без применения каких бы то ни было ядов.

Анаэробиоз в этих опытах достигался следующим образом: отмытые эрвциты из дефибринированной крови взвешивались в рингере с 0,2% глюкозы, помещались в небольшую колбочку, погружаемую в водяной термостат (37°). бочка повторно эвакуировалась и заполнялась азотом. В первых опытах азот освобождения от следов кислорода пропускался через щелочной раствор галлола; так как при этом легко может образоваться окись углерода (ср. Niсe), которая сама угнетает дыхание и, следовательно, может затемнить результат опыта, то в последующих опытах кислород удалялся пропусканием газа л накаленные медные стружки ^[1]). Поочередное эвакуирование и заполнение азота продолжалось 15—20 минут, после чего пропускался медленный ток азота. Последний все время насыщался водяными парами при температуре термостата.

Во всех опытах неизменно был получен один и тот же результат. В условиях чистого анаэробиоза наблюдался совершенно такой же при рост ортофосфорной кислоты, как и в прежних опытах с прибавлением цианида или при остановке дыхания наркотиками или окисью углерода» Как и в опытах с остановкой дыхания ядами, прирост ортофосфорной кислоты в анаэробиозе мог быть практически целиком отнесен за счет распада пирофосфата. Скорость этого распада достигала величин совершенно того же порядка, что и при прибавлении цианида, как это можно видеть из кривых рис. 1, относящегося к опыту, где три параллельные пробы были поставлены одна в аэробные условия, другая в анаэробные (азот), третья была оставлена аэробно, но с прибавлением цианида (т. е. был создан искусственный анаэробиоз). Некоторое отставание кривой чистого анаэробиоза от кривой цианида в начале опыта, конечно, объясняется тем, что не так быстро удается создать анаэробные условия для взвеси эритроцитов с их жадно удерживающим кислород гемоглобином.

Уже эти опыты послужили веским подтверждением ранее высказанного предположения о наличии циклического превращения пирофосфата в клетке: трудно представить себе, чтобы одно создание анаэробных л условий вызвало в клетке появление нового, притом столь энергично протекающего процесса. Опыты со сменой анаэробных условий на аэробные с полной несомненностью позволяют заключить, что мы действительно имеем дело с типичным круговым процессом, и что в условиях анаэробиоза мы, выключая синтетическую фазу цикла, искусственно обнаруживаем остающуюся при аэробных условиях скрытой гидролитическую фазу. Сменяя анаэробиоз на аэробные условия, мы с такой же ясностью можем обнаружить и синтетическую фазу: на смену анаэробному рас паду пирофосфата начинается аэробный ресинтез его.

Чем короче был период анаэробиоза, тем относительно больше ре- синтезируется распавшегося пирофосфата в аэробиозе. Так, в одном опыте при 30-минутном анаэробиозе при смене азота на кислород ресинтезировался весь распавшийся пирофосфат полностью; при 45 минутах анаэробиоза—65%, после 60-минутного анаэробного выдерживания лишь 45%. Несомненно, что часть продуктов распада успевала диффундаровать из клетки в окружающую жидкость, и таким образом просто мерялся необходимый для ресинтеза материал.

Из многочисленных опытов, давших, как указывалось, во всех случаях принципиально однозначные результаты, я ограничусь приведением одного, с дважды повторявшейся сменой анаэробных и аэробных условий. Он с особенной отчетливостью передает все характерные особенности описываемых явлений и в то же время с наибольшей убедительностью демонстрирует полную обратимость процесса.

Опыт 14/III—1931. Эритроциты голубя.                                     

Для меня не представляет почти никакого сомнения, при & совершенно универсальном распространении пирофосфата в клетках, что он выполняет некоторую определённую роль в них, и что превращения его = в разных клетках следуют по принципиально сходным путям, Движущая сила, участвующая на одном из этапов этих превращений, может быть различ. на—в мышце и в безъядерном X эритроците это гликоз, в других клетках—дыхание. Но характер этих путей будет в основном один и тот же—это „замкнутые пути“ круговорота.

¹ Пользуюсь случаем и здесь принести искреннюю благодарность по А. Е. Арбузов у за предоставление электрической печи и снабжение aâo благодаря чему только и оказалось возможным провести настоящее исследован. Азот был предоставлен также проф. H. H. Сиротининым, которому тоже приношу свою признательность.

Об авторах

В. А. Энгельгардт

Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com

профессор, биохимическая лаборатория

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1

Скачать (57KB)

Метаданные

3. Рис. 2

Скачать (43KB)

Метаданные