Айзек Азимов - Человеческий мозг. От аксона до нейрона.
Бэйлис и Старлииг назвали вещество, продуцируемое слизистой оболочкой кишки, секретином(secreto — «отделяю», лат.)[2].
В данном случае слово «отделение» обозначает тот факт, что клетка образует особое вещество и отделяет это вещество от себя, выбрасывая его в кровь, в кишку или на поверхность тела. Предполагается, что секреция служит полезным целям, что, например, верно в отношении поджелудочной железы. Когда же секретируемый материал просто выводится из организма, то говорят об экскреции(«выделяю наружу», лат.). Таким образом, выделение мочи — это экскреция. Вещество назвали секретином, поскольку оно стимулировало секрецию. Это был первый пример эффективной организации, которая создается с помощью химических сообщений, рассылаемых с кровью, а не с помощью электрических сигналов, распространяющихся по нервам. В неформальном научном обиходе такие вещества, как секретин, называют иногда «химическими мессенджерами».
Более формальный термин был предложен в 1905 году Бэйлисом в курсе его лекций. Он предложил название «гормон» («побуждаю», греч.) .Как вы видите, гормон, секретируемый в одном органе, — это некое вещество, которое стимулирует и активирует деятельность другого органа. Название было принято, и с тех пор стало ясно, что регуляция деятельности организма осуществляется на двух уровнях — с помощью электрической системы головного мозга, спинного мозга, нервов и чувствительных органов и с помощью химической системы различных гормонов и органов, продуцирующих гормонов.
Хотя система электрической регуляции функций организма была открыта раньше, чем химическая система, в этой книге я буду придерживаться обратного порядка и сначала рассмотрю химическую систему регуляции, поскольку из двух систем она менее специализированная и более древняя.
Растения и одноклеточные существа, лишенные каких бы то ни было признаков нервной системы, реагируют, тем не менее, на химические стимулы. Решив придерживаться такой очередности, давайте теперь более пристально рассмотрим секретин. Поняв его действие и свойства, мы сможем прийти к пониманию принципов, которые можно приложить к механизмам действия других, более известных гормонов. Например, может возникнуть вопрос о том, каким образом прекращается действие гормона. Содержимое желудка поступило в двенадцатиперстную кишку. Высокая кислотность этого содержимого стимулирует продукцию секретина. Секретин поступает в кровеносное русло и стимулирует панкреатическую секрецию. Все идет очень хорошо, но настает момент, когда поджелудочная железа выделила весь сок, который был нужен для пищеварения. Как остановить секрецию гормона?
Во-первых, надо сказать, что панкреатический сок обладает щелочной реакцией (щелочь — раствор, обладающий свойствами, противоположными свойствам раствора кислоты, одно нейтрализует другое. Если слить вместе растворы кислоты и щелочи, то в результате получится смесь, не обладающая ни кислотными, ни щелочными свойствами). Так как панкреатический сок смешивается с нищей, то кислотные свойства последней, обусловленные желудочным соком, ослабевают. По мере уменьшения кислотности гаснет и искра, стимулирующая образование панкреатического сока.
Другими словами, действие секретина запускает последовательность событий, которые в конечном итоге прекращают образование секретина. Таким образом, образование секретина есть процесс самоограничивающийся. Он похож на действие термостата, который регулирует работу мазутной топки в подвале. Когда в доме холодно, термостат включает топку, и температура поднимается до той точки, в которой термостат выключает топку. Такой процесс управления называется управлением по механизму отрицательной обратной связи. Это общий термин для обозначения процесса, посредством которого результаты, заданные в некоем контрольном механизме, подаются на этот механизм, который потом регулирует деятельность системы в зависимости от результатов. В электрических цепях мы говорим о входе и выходе, в биологических системах речь идет о стимуле и ответе или реакции. В нашем случае успешного ответа достаточно для уменьшения стимуляции.
Очевидно, что такой регуляции по механизму обратной связи не достаточно. Даже если секретин больше не образуется, то его количество, которое осталось в кровеносном русле, будет и дальше подстегивать поджелудочную железу?
Но природа предусмотрела этот случай. В организме существуют энзимы[3], специально созданные для того, чтобы катализировать разрушение гормонов. Энзим находится в крови, которая обладает способностью ускорять расщепление молекул секретина, делая этот гормон неактивным. Энзимы часто называются по тому веществу, на которое они действуют, с добавлением к его названию окончания — аза. Так, энзим, о котором я только что упомянул, называется секретиназой.
Следовательно, в организме происходит настоящая гонка между образованием секретина в той оболочке кишки и его разрушением секретиназой. Пока слизистая оболочка работает с полной нагрузкой, концентрация секретина в крови достигает уровня, при котором происходит стимуляция поджелудочной железы. Когда же слизистая перестает работать, то не только прекращается образование новых молекул секретина, но и разрушается весь секретин, оставшийся в крови. Вот таким образом поджелудочная железа включается и выключается в одно касание, с точностью отлично отлаженного автомата, — при этом вы даже не догадываетесь о его существовании.
АМИНОКИСЛОТЫМожет возникнуть законный вопрос: что такое секретин? Известна ли его природа, или это просто название, данное неизвестному веществу? Ответ таков: природа этого вещества известна, хотя и не во всех деталях.
Секретин — это белок, а белки состоят из крупных молекул, каждая из которых содержит сотни, тысячи, а иногда и миллионы атомов. Сравните это с молекулой воды (Н2 О), которая состоит из трех атомов — 2 атомов водорода и 1 атома кислорода; или с молекулой серной кислоты (H2SO4), которая содержит 7 атомов — 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода.
Исходя из этого можно понять, что химик, желающий знать точную структуру белка, столкнется с практически неразрешимой задачей. К счастью, все дело несколько облегчается тем фактом, что атомы внутри белковой молекулы организованы в подгруппы, называемые аминокислотами.
При обработке в мягких условиях кислотами, или щелочами, или определенными энзимами молекулы белков удастся расщепить на аминокислоты, а не на отдельные атомы. Аминокислоты являются малыми молекулами, построенными из 10 — 30 атомов, поэтому их довольно легко изучать.
Например, было обнаружено, что все аминокислоты, выделенные из белковых молекул, принадлежат к одному семейству химических соединений, которые можно записать одной общей формулой:
Расположенная в центре структурной формулы латинская буква «С» обозначает атом углерода (С — химический символ, обозначающий элемент углерод). Справа к углероду, как показано выше, присоединена комбинация из четырех атомов СООН, в которой представлены 1 атом углерода, 2 атома кислорода и 1 атом водорода. Такая комбинация придает всей молекуле кислотные свойства и называется карбоксильной группой. Слева к центральному атому углерода присоединена комбинация из трех атомов, которая представлена одним атомом азота и двумя атомами водорода. Это аминогруппа, в химическом отношении она родственна веществу, называемому «аммиаком». Поскольку формула содержит аминогруппу и кислотную группу, то все соединения такого типа носят название аминокислот.
Кроме того, к центральному атому углерода присоединен атом водорода, который в аминокислоте представляет сам себя, и функциональная группа R, которая представляет боковую цепь. Все аминокислоты отличаются друг от друга именно составом боковой цепи, или R. Иногда боковая цепь устроена очень просто, она может вообще состоять из одного лишь атома водорода, по это простейший случай. У некоторых аминокислот боковая цепь может быть весьма сложной, и количество атомов в ней может доходить до восемнадцати. Для целей нашего изложения нам не обязательно знать в точности строение боковой цепи каждой аминокислоты, достаточно понимать, что боковые цепи аминокислот отличаются между собой, и у двух разных аминокислот не может быть одинаковых боковых цепей.
Аминокислоты соединяются друг с другом, образуя белки, при этом аминогруппа одной кислоты соединяется с карбоксильной группой соседней кислоты. Таким образом, между собой соединяется множество аминокислот, образуя длинный скелет. По сторонам этого скелета выступают боковые цепи аминокислот, при этом неповторимая, уникальная последовательность этих цепей образует типы белков, отличающихся между собой составом этих последовательностей.
