Это продолжение статьи, начало - на предыдущих страницах данного раздела.

Структурно-динамические свойства клеточной мембраны

Полученные данные позволяют видеть аналогию между адаптацией к тяжёлой воде и адаптации к низким температурам. Ещё Юнг на клетках Escherichia coli, помещенных в 98,6%-ную тяжёлую воду, показал, что эффект торможения роста тяжелой воды может быть компенсирован повышением температуры роста (Jung, 1967). Аналогия с охлаждением позволяет рассматривать адаптацию к тяжёлой воде, как адаптацию к неспецифическому фактору, действующему одновременно на функциональное состояние большого числа систем: превращение энергии, биосинтетические процессы, транспорт веществ, структуру и функции макромолекул. Возможно, что наиболее чувствительными к замене Н+ на D+ оказываются именно те системы, которые используют высокую подвижность протонов и высокую скорость разрыва протонных связей. Такими системами в клетке могут быть дыхательная цепь и аппарат биосинтеза макромолекул, которые располагаются в цитоплазматической мембране или находятся под ее контролем. Аналогия между адаптацией к тяжёлой воде и температурной адаптацией очень важна для конструирования дейтерированных ферментов, которые смогут функционировать в условиях высоких температур. Такие стабильные дейтерированные ферменты необходимы в биотехнологии, медицине и сельском хозяйстве.

Структурно-динамические свойства клеточной мембраны, которые в большинстве зависят от качественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в присутствии тяжёлой воды. Полученный результат объясняется тем, что клеточная мембрана является одной из первых органелл клетки, которая испытывает воздействие тяжёлой воды, и тем самым компенсирует реалогические параметры мембраны (вязкость, текучесть, структурированность) изменением количественного и качественного состава липидов.

В клетках бактерий одним из важнейших инструментов регу ляции метаболизма является мембрана, объединяющая в себе аппараты биосинтеза полисахаридов, трансформации энергии, снабжении клетки метаболитами и участвующая в биосинтезе белков, нуклеиновых кислот и липидов. Можно предположить, что в адаптации к тяжёлой воде мембраны играют не последнюю роль. Однако до сих пор не по нятно, что происходит с мембранами, как они реагируют на замену сре ды и какое это имеет значение для выживания клеток на среде, лишен ной протонов.

Структурно-динамические свойства клеточной мембраны, которые в большинстве зависят от качественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в присутствии тяжёлой воды. Так, сравнительный анализ липидного состава дейтерированных клеток Bacillus subtilis, полученных при росте на тяжёлой воде показал различия в количественном составе мембранных липидов по сравнению с обычной водой (О. В. Мосин 2001, рис. 5). Примечательно, что в образце полученном с тяжёлой воды соединения, имеющие времена удерживания - 33.38; 33.74 и 33.2 мин не детектируются (рисунок 5). Полученный результат, по видимому, объясняется тем, что клеточная мембрана является одной из первых органелл клетки, которая испытывает воздействие тяжёлой воды, и тем самым компенсирует реалогические параметры мембраны (вязкость, текучесть, структурированность) изменением количественного состава липидов.

 

Рис.5. Липидные профили протонированных (а) и дейтерированных (б) клеток Basilus subtilis; хроматограф Beckman Gold System (США), снабжённый насосом Model 166 (США) и детектором Model 126 (США); неподвижная фаза: Ultrasphere ODS 5 мкм; 4.6 x 250 мм; подвижная фаза: линейный градиент 5 мМ KH2PO4-ацетонитрил; 100%  в течении 50 мин; скорость подачи: 0.5 мл/мин; детекция при 210 нм (О. В. Мосин, 2001).

Дейтерированные клетки адаптированных к максимальной концентрации тяжёлой воды в среде микроорганизмов – удобные объекты для исследования эволюции и адаптации. В процессе роста клеток на тяжёлой воде в них синтезируются макромолекулы, в которых атомы водорода в углеродном скелете почти полностью замещены на дейтерий. Как было показано Мосиным, такие дейтерированные макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные модификации, необходимые для нормального функционирования клетки в тяжёлой воде (О. В. Мосин, 2001).

Регулируя количественное содержание дейтерия в организме, вплоть до полного его устранения, мы можем планомерно ускорять или замедлять ход жизненных процессов, тем самым мы можем моделировать эволюцию. Это привело бы к ускорению обменных процессов в организме, а, следовательно, к увеличению его физической и интеллектуальной активности. Живые организмы почти на 70% состоит из воды, в которой содержится 0,015% дейтерия. По количественному содержанию (в атомных процентах) дейтерий занимает 12-е место среди химических элементов, из которых состоят живые организмы, включая человека. В этом отношении дейтерий следует отнести к разряду микроэлементов. Содержание таких микроэлементов как медь, железо, цинк, молибден, марганец в живом мире в десятки и сотни раз меньше, чем дейтерия.