Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
Шрифт:
По расположению этих точек можно представить электронную плотностьмолекулы. То есть вычислить, в какой части молекулы, скорее всего, находился электрон, а в какой — нет. ( Электроны— это крохотные частицы, они намного меньше атомов и являются частью их структуры.) Затем можно начертить линии, соединив все точки одинаковой электронной плотности, прямыми линиями начертить график, так же как на графике погоды чертят линии для обозначения перепадов температуры или атмосферного давления. Линии электронной плотности представляют собой призрачное изображение атомов в молекуле. Исходя из этого графика и из того, что уже известно о структуре
Однако вычисление электронных плотностей по преломлению рентгеновских лучей — долгий, утомительный и довольно сложный процесс. Доктору Ходжкин удалось разрубить этот гордиев узел при помощи компьютера. Информация была загружена в Национальное бюро стандартов западных автоматических компьютеров, и вскоре был получен ответ.
В итоге в 1956 году была установлена структура молекулы цианокобаламина. Она состоит из несимметричного порфиринового кольца (в нем не хватает одного атома), как в геме, а в центре кольца, на месте атома железа (как у гема), находится атом кобальта. На разном расстоянии к кольцу прикрепляются группы атомов, более сложные по строению, чем аналогичные группы в составе гема.
Молекула цианокобаламина слишком сложна, чтобы ее можно было синтезировать в лаборатории, но для медицинских целей большие количества витамина В 12можно получать из печени. Именно в этом органе откладываются запасы питательных веществ на случай голода, поэтому печень вылечивала больных злокачественной анемией и полезна даже для здоровых людей. Сегодня во многих коммерческих мультивитаминных комплексах содержится небольшое количество цианокобаламина.
Одна из загадок цианокобаламина заключается в том, что он необходим организму в очень малых количествах. В случае с другими витаминами группы В организму их требуется около миллиграмма в день или больше. А один или два микрограмма цианокобаламина в день — вполне достаточная доза (одна тысячная часть от количества комплекса витамина В).
Но если это так, то почему тогда возникает злокачественная анемия? Этот витамин содержится во многих продуктах, правда, в очень малых количествах, но его вполне должно хватить, чтобы создать запасы. Практически невозможно представить диету, в которой не содержалось бы цианокобаламина.
Чтобы разобраться во всем, обратимся к другому виду анемии, причиной которого является недостаток меди в диете. Медь, как и кобальт, незаменимый микроэлемент. Она входит в состав молекул группы белков — ферментов, которые необходимы в малых количествах для осуществления различных химических реакций. Некоторые медьсодержащие ферменты были выделены. Один из них, который выделить пока не удалось, необходим организму для контроля химических реакций (тоже пока неизвестных), способствующих правильному обмену железа. Из-за недостатка меди в организме атомы железа не используются по назначению, это приводит к снижению уровня гемоглобина, и в результате — меднодефицитная анемия. Однако в пище так много меди, что меднодефицитная анемия никогда не встречается у людей. Ученые могут изучать ее только на животных, например на молодых собаках, месяцами держа их на особой диете, из которой ценой больших усилий удаляется вся медь.
Почему же дела обстоят совсем не так, как со злокачественной анемией, обусловленной недостатком кобальта? Еще удивительнее, что многие бактерии, в том числе и те, которые живут в кишечнике человека, могут вырабатывать цианокобаламин из простых веществ. По этой причине даже если кобальт в пище находится не в виде цианокобаламина и таким образом является бесполезным для нас, то бактерии могут использовать его для синтеза витамина В 12. Так и происходит, и бактерии синтезируют цианокобаламина больше, чем мы способны усвоить, часть его не всасывается стенкой кишечника, проходит неизменной через пищеварительный тракт и выводится из организма.
Это и есть ключ к разгадке. Наличие цианокобаламина в кишечнике — не то же самое, что его наличие в организме. При самых благоприятных обстоятельствах у здоровых людей только малая часть этих больших молекул (у других витаминов В молекулы значительно меньше) усваивается организмом, хотя этого количества хватает для удовлетворения наших потребностей. У больных злокачественной анемией цианокобаламин почти не усваивается. Это выражается в том, что экскременты у таких больных содержат больше цианокобаламина, чем у здоровых людей (именно из-за его отсутствия в организме больные умирают).
У них нарушен механизм усвоения цианокобаламина, поэтому наличие или отсутствие его в пище не имеет никакого значения. Поэтому и способ введения витамина В 12больным злокачественной анемией имеет большое значение. Два микрограмма цианокобаламина в виде инъекций в кровь вызывают заметное увеличение ретикулоцитов. Для получения такого же результата внутрь необходимо принять почти в сто раз больше. У нормальных людей такое же количество цианокобаламина действует одинаково эффективно при инъекциях и приеме внутрь.
На ранней стадии исследований интерес был сосредоточен на желудочной секреции больных злокачественной анемией. Обычно желудочный сок богат соляной кислотой. Это очень сильная кислота, а желудочный сок — самая кислотная жидкость во всем организме. Эта кислота полезна, несмотря на уверения в обратном тех, кто производит противокислотные таблетки, она помогает переваривать содержимое желудка и необходима для работы самого важного пищеварительного фермента. В редких случаях желудочный сок не содержит соляной кислоты — такое состояние называется ахлоргидрией. Без соляной кислоты пищеварение в желудке нарушается, но зато оно происходит более интенсивно в остальной части пищеварительного тракта, поэтому если у человека нет сопутствующих заболеваний, то он может чувствовать себя нормально.
Однако у больных злокачественной анемией ахлоргидрия почти неизбежна, поэтому такое внимание ученые уделяли желудочному соку. Например, было установлено, что мясо, обработанное нормальным желудочным соком, вызывает ретикулоцитарную реакцию в десять раз более выраженную, чем обработанное раствором соляной кислоты. Очевидно, в желудочном соке, помимо соляной кислоты, есть что-то еще, что помогает усвоению витамина В 12.
В 1929 году американский ученый У. Б. Кастл назвал это вещество внутренним фактором, то есть находящимся в организме. Цианокобаламин, который тогда был таким же загадочным веществом, иногда называли внешним фактором, потому что он присутствовал в пище, то есть вне организма.
Теперь известно, что внутренний фактор — это небольшая белковая молекула, составляющая примерно одну четверть размера молекулы гемоглобина. В нее входят определенные группы атомов, похожие на те, что находятся в молекуле сахара. Такой сахаросодержащий протеин называется мукопротеином.
Хотя злокачественная анемия уже не считается смертельно опасной болезнью и легко поддается лечению, ученых по-прежнему интересуют многие вопросы. Какова именно структура внутреннего фактора? Как он помогает цианокобаламину проходить сквозь стенки кишечника? Как цианокобаламин, оказавшись в организме, участвует в химических процессах и почему его требуется так мало? Как его отсутствие сказывается на выработке стромы?