Индекс активности участника

В любой клетке, как и в топливном элементе, основным субстратом служит водород. Однако в клетке он находится не в свободном, газообразном состоянии, а связан с переносчиком (газообразный водород, выделяющийся в атмосферу, образуют лишь некоторые виды бактерий). Переносчики водорода - целая группа химических соединений, среди которых наибольшее значение имеет никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД). Это сложное соединение с молекулярной массой 633 дальтона способно переносить всего два атома водорода с общей массой равной двум. Эффективность почти такая же низкая, как у гемоглобина, однако фактически НАД работает значительно эффективнее, так как оборачиваемость у него очень высока - до нескольких тысяч в минуту. Это ведь внутриклеточный переносчик, и расстояния, на которые он транспортирует водород, измеряются микрометрами или их долями.

У некоторых живых организмов, например, бабочек и пауков, существует аналогичная система дыхательных трубочек-трахей, по которым кислород поступает непосредственно к органам дыхания. Если бы на нашей планете атмосфера состояла из чистого кислорода, то дыхательные трубочки-трахеи могли бы удовлетворить потребности и более крупных организмов (по мере расходования кислорода в трахеи поступали бы его новые порции). Однако кислород занимает лишь пятую часть воздуха нашей планеты, а остальные приходятся на азот. По этой причине, если дыхание интенсивное, а трубка длинная, весь кислород расходуется, и трахея оказывается заполненной азотом. Нужен какой-то более эффективный механизм. У более высокоорганизованных животных кислород поступает к тканям с гемоглобином, это в десятки раз увеличивает транспортные возможности жидкости. Например, в крови человека с гемоглобином связано примерно в 100 раз больше кислорода, нежели растворено в самой жидкости. Несмотря на это, возможности гемоглобина как транспортного средства большинству техников должны показаться очень скромными. Так, 1 молекула гемоглобина при самых благоприятных обстоятельствах может перенести 4 молекулы кислорода, но поскольку гемоглобин - это белок с молекулярной массой 64000 даль-тон, а молекулярная масса кислорода всего 32 дальтона, то оказывается, что полезная нагрузка составляет всего одну пятисотую. Ситуация примерно такая же, как если бы человек, весящий 80 килограммов, поехал в гости на сорокатонном паровозе! Обычно же ситуация еще хуже - в реальных условиях полезная нагрузка составляет одну тысячную или еще меньше. Выручает лишь быстрая оборачиваемость - в организме человека эритроцит в среднем за одну минуту успевает три раза загрузиться кислородом в легких и отдать его тканям.

21.05.2024

Сложные предложения

В принципе можно, ведь химики-технологи давно уже и разными способами получают водород, расходуя энергию, запасенную в органическом топливе. Однако для этого нужны высокие температуры, в то время как в клетках та же цель достигается совершенными катализаторами - ферментами. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в обозримом будущем удастся искусственно создать такую же систему катализаторов, какая существует в клетке. Иное дело, если бы удалось живые клетки пристроить к топливному элементу. Тогда в нем можно было бы сжигать самые разнообразные органические продукты растительного происхождения - дрова, торф, сапропель и так далее. Какие же на пути к этому возникают препятствия, и можно ли их преодолеть?

При этом заметим, что с позиций энергетика КПД мышечной работы совсем неплохой - около 30 процентов, стало быть, учиться есть чему. И учтем, что во всех клетках главные биохимические реакции, в том числе биологического окисления, очень схожи. Это объясняется тем, что они сложились очень давно - еще на заре эволюции, более миллиарда лет тому назад, и хорошо отшлифованы временем.

21.05.2024

Встроенный запуск словаря

Наш эксперт: Мария Лагарькова Доктор биологических наук, заведующая Лабораторией генетических основ клеточных технологий Института общей генетики имени Н. И. Вавилова Что такое стволовые клетки «Сказать «стволовая клетка» – это ничего не сказать. Это чуть-чуть более узко, чем просто клетка», – объясняет доктор биологических наук Мария Андреевна Лагарькова. Сам термин в начале XX века предложил российский ученый Александр Максимов. Уже тогда про предмет этой статьи было кое-что понятно. Многие клетки имеют гораздо более короткую жизнь, чем организм. Кровь возобновляется тоннами. В тканях кишечника и кожи тоже все время бурлят новые жизни.

Постараемся разобраться, действительно ли можно провести аналогию между биологическим окислением и подобными процессами в топливных элементах, и если эта аналогия существует, то может ли большая энергетика чему-либо научиться у маленькой клетки?

21.05.2024

Введена система ученых званий

В силу некоторых обстоятельств, о которых сейчас речи нет, использование такого "челнока" сопряжено с ухудшением КПД, поэтому оно может оправдать себя лишь в особых обстоятельствах. Так, при некоторых заболеваниях сердца используются кардиостимуляторы, управляющие сокращениями сердечной мышцы. Вместе с кардиостимулятором в тело пациента вживляют и электрическую батарейку - источник тока. Однако в организме, особенно больном, всегда много молочной кислоты, и она могла бы, окисляясь на электроде топливного элемента, приводить в действие кардиостимулятор сердца, который получил бы тем самым неограниченный источник энергии.

Откуда берутся эмбриональные клетки? Ты наверняка знаешь про ЭКО – экстракорпоральное оплодотворение. Обычно женщине, у которой не получается забеременеть самостоятельно, подсаживают не больше двух эмбрионов – лучших. Остальные хорошие замораживают – их можно будет также использовать для зачатия годы спустя. Но есть и эмбрионы, что плохого качества. Их, с согласия родителей, безвозмездно передают науке. Это и есть эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), с которыми работают ученые всего мира. Не надо путать их с абортивным материалом и вспоминать страшные истории «из телевизора». Для медицины описанные клетки сделали очень много. «У нас нет возможности другим образом изучать эмбриональное развитие. Благодаря им, мы смогли многое понять про то, как развиваются ткани. Все-таки человек – это не большая мышь без хвоста. Подобные исследования необходимы», – объясняет Мария Андреевна. ВОПРОСЫ ПРАВА И ЭТИКИ В 1980-х эмбриональные клетки были выведены у мыши, а в 1998 году Джеймс Томсон из Висконсинского университета в Мадисоне вывел первую линию человеческих ЭСК. Когда Джордж Буш пришел к власти, он запретил в США государственное финансирование исследований на линиях, полученных после 2001 года. Но на уже существующих, которых достаточно, проводить изыскания можно. Кроме того, в Америке большой процент частных инвестиций в науку. В Англии и Израиле вообще нет запретов, только правила и регламенты. Самые строгие ограничения на работу с клетками существуют в католических странах, где зигота, то есть оплодотворенная яйцеклетка – не важно, день ей или десять, – уже считается человеком. А потому есть немало мест на планете, где подобные исследования вызывают очень много споров.

21.05.2024