Айзек Азимов - Человеческий мозг
Для решения этой головоломки Сэнджеру и его коллегам потребовалось восемь лет. К 1955 году им удалось подогнать друг к другу полученные фрагменты и получить структуру нативной белковой молекулы. В истории науки это был первый случай, когда ученым удалось полностью определить структуру естественной белковой молекулы. В 1958 году Сэнджер был удостоен Нобелевской премии по химии.
Формула молекулы инсулина в записи символами Бранда выглядит следующим образом:
Бычий инсулин
К сожалению, знание структуры молекулы ни на йоту не приблизило биохимиков к пониманию механизма действия инсулина на клеточные мембраны.
Представлялось возможным подойти к проблеме с другого конца и попытаться сравнить структуру инсулинов разных видов животных. Свиной инсулин так же эффективен у диабетиков, как и бычий. Если два инсулина отличаются своим строением, то, видимо, следует обратить пристальное внимание лишь па тот участок молекулы, который обеспечивает общие свойства, сузив тем самым поле поиска. Когда был проанализирован свиной инсулин, выяснилось, что он отличается от бычьего тремя аминокислотными остатками, выделенными в приведенной формуле курсивом. Эти три аминокислоты, если можно так выразиться, зажаты в углу между двумя цистиновыми мостиками.
В бычьем инсулине в этом месте находятся ала-нин-серин-валин, а в свином - треонин-серин-изо-лейцин. Состав этого и только этого участка варьирует у других видов животных. У овец в данном участке находятся аланин-глицин-валин, у лошадей - треонин-глицин-изолейнин, а у китов - треонин-серин-изолейцин. У этих трех видов аминокислота слева может быть аланином или треонином, в середине - серином или глицином, и справа - валином или изолейцином.
Хотя аминокислотный состав инсулина множества других видов животных пока не определен, представляется маловероятным, что отличия окажутся разительными. Более того, любые изменения химической структуры, кроме самых незначительных, приводит к утрате биологической активности молекулы инсулина. Каким бы ни было действие, оказываемое инсулином на клеточную мембрану, для его осуществления требуется участие целой интактной молекулы. Это почти все, что можно на сегодняшний день об этом сказать, по крайней мере пока.
.
ГЛЮКАГОН
Если есть гормон, проявляющий какое-то однонаправленное действие, как, например, инсулин, вызывающий снижение содержания глюкозы в крови, то разумно предположить, что может существовать гормон, вызывающий противоположный эффект. Это не простое ослабление действия первого гормона, а именно противоположный эффект, с помощью которого можно топко и точно регулировать концентрацию сахара в крови, сдвигая его содержание в ту или другую сторону. Вы сами можете убедиться в этом, если представите себе качающуюся лестницу, которую надо установить в устойчивое положение. Это очень удобно сделать двумя руками, надавливая на лестницу с обеих сторон в противоположных направлениях.
Такой гормон-антагонист действительно существует, и синтезируется он все в тех же островках Лангерганса. Об этом гормоне мало кто знает, потому что с ним не связаны какие-либо распространенные заболевания, сравнимые по значению с сахарным диабетом.
Островки Лангерганса содержат две разновидности клеток - альфа-клетки и бета-клетки. (Ученые часто, пожалуй даже слишком часто, идут по пути наименьшего сопротивления, различая однородные элементы присвоением им первых нескольких букв греческого алфавита.) Альфа-клетки крупнее и расположены на периферии островков, составляя около 25% его клеточной массы. В центре островков расположены более мелкие бета-клетки. В бета-клетках синтезируется инсулин, альфа-клетки продуцируют гормон спротивоположным действием.
Этот второй гормон был обнаружен вскоре после открытия Бантингом инсулина. Выяснилось, что иногда при введении инсулина вначале отмечался подъем содержания глюкозы в крови, а потом начиналось ожидаемое снижение ее концентрации. Надо было, следовательно, найти вещество, проявлявший нежелательный эффект. Таким образом, был найден гормон, ускорявший расщепление гликогена в печени. Гликоген расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровеносное русло. В результате и происходит повышение концентрации глюкозы в крови.
Когда присутствие гормона подтверждается только его аффектом, то его во многих случаях и называют по этому эффекту. Новый гормон из этих соображений был назван гипергликемическим гликогенолитическим фактором, что в переводе с греческого означает «повышающий содержание глюкозы в крови и расщепляющий гликоген». Так как биохимики тоже люди и не любят длинных слов, то вновь открытый фактор стали называть ГГФ, а недавно придумали более короткое наименование - глюкагон, которое и стало общеупотребительным.
В 1953 году очищенный глюкагон был выделен в кристаллической форме. Удалось без труда показать, что это полипептид, состоящий из единственной цепи, содержащей 29 аминокислотных остатков. Сначала думали, что глюкагон - это фрагмент молекулы инсулина, но при более внимательном рассмотрении оказалось, что это не так. В 1958 году методом Сэнджера была установлена последовательность аминокислот в глюкагоне. Гистидин-серни-глютамин-глицин-треопин-фе-нилаланип-треонип-серин-яспарагинат-тирозин-серии-лизин-тирозин-лейцин-аспарагинат-серин-аргинип-аргинин-аланин-глютамин-аспарагинат-фепилдаланип-глютамип-гриптофан-лейцин-метионин-аспарагин-треонин.
Как вы можете сами убедиться, эта цепь не имеет ничего общего ни с одной из цепей инсулина. Действительно, некоторые аминокислоты, представленные в молекуле глюкагона, отсутствуют в инсулине (например, метионин), а другие аминокислоты (например, изолейцин) присутствуют в инсулине, но отсутствуют в глюкагоне. Нет никаких сомнений в том, что инсулин и глюкагон - это два совершенно разных гормона.
АДРЕНАЛИН
Инсулин и глюкагон ни в коем случае не являются единственными гормонами, регулирующими обмен глюкозы, что проявляется повышением или снижением ее концентрации в крови. Есть еще один гормон, влияющий на метаболизм глюкозы. Этот гормон вырабатывается двумя маленькими, желтоватого цвета органами, имеющими пирамидальную форму и вес около 10 г каждый. Эти образования прилегают к верхним полюсам обеих почек и являются первыми из упомянутых мной органов, которые выполняют в организме чисто эндокринные функции.
В связи со своим положением эти органы называются надпочечными железами, или надпочечниками. Каждый надпочечник состоит из двух частей - внешней и внутренней, которые имеют раз личный клеточный состав, функцию и происхождение. У примитивных рыб две части надпочечной железы вообще представлены разными органами, Те клетки, которые у нас образуют наружную часть железы, у рыб формируют продольный тяж, расположенный между почками и приблизительно равный им по длине. Те же клетки, которые у нас образуют внутреннюю часть железы, формируют тонкую цепь, вдвое превышающую по длине почку у земноводных, пресмыкающихся и птиц материал железы расположен более компактно, и оба вида клеток расположены вперемежку. У млекопитающих эта компактность достигает своего предельного выражения - формируются два четко очерченных плотно прилегающих друг к другу слоя клеток.
Внешняя часть железы, составляющая около 90 % ее веса, называется корой надпочечника. Внутренняя часть носит название мозгового вещества (не аналогии с костным мозгом). Гормон, который Mi сейчас обсуждаем, вырабатывается в мозговом веществе надпочечника.
Еще в 1895 году стало известно, что экстракта надпочечников резко повышают артериальное давление. В 1901 году японский биохимик Иокичи Такамине выделил из ткани железы чистое вещество, которое в ничтожных дозах приводило к значительному повышению артериального давления. Это вещество получило название адреналин - oт латинских слов ad(«у») и ren(«почка»). Однако это только одно из множества его коммерческих наименований. Правильнее называть это веществ! эпинефрином - от греческих слов epi(«над») nephron(«почка»).
Через год после успеха Такамине Бэйлис и Старлинг продемонстрировали возможность чисто химической регуляции функций организма при отсутствии нервной деятельности. Когда это стало ясно, то отпали последние сомнения - эпинефрин был признан гормоном. Это был первый гормон, который удалось выделить в чистом виде и у которого была определена химическая формула. Это достижение было не столь значительным, как могло бы показаться на первый взгляд, так как из всех гормонов эпинефрин имеет самое простое строение.
В то время как секретин, инсулин и глюкагон являются полипептидными цепями, состоящими из нескольких десятков аминокислот, эпинефрин, по сути своей, представляет собой несколько видоизмененную единственную аминокислоту - тирозин. Это очень ясно видно при сравнении их химических формул. Вы увидите это сходство, даже если вы незнакомы с химической символикой и не понимаете, из каких функциональных групп состоят эти молекулы:
