|
Кое-что о "живой" воде
Рассказывает профессор В.Воейков, доктор биологических наук, зам. зав.кафедрой биоорганической химии биологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова.
...Начнем с того, что эмбрион человека - это на 95 % - вода. Можно привести в пример и взрослые живые существа, состоящие, фактически из воды. Некоторые медузы состоят из воды на 99,9 %. Если взять, условно говоря, килограммовую медузу - в ней 999 граммов воды и только 1 грамм всего остального, включая белки, нуклеиновые кислоты, низкомолекулярные вещества, соли и т.д. То есть – это суперчистая вода. И эта суперчистая вода обладает всеми признаками живого организма. …И тогда к чему мы будем относить принцип устойчивого неравновесия? К возбужденным белкам в медузе? Но белки в этой воде ведь не просто плавают. Если медузу разрезать - из нее литр воды не вытечет...
То есть, вода в медузе каким-то образом, скажем так, структурирована?
Эта вода структурирована всем тем, что есть у медузы в 0,1 % по массе. Но, в основном, ее структурируют не белки, а углеводы, преимущественно, полисахариды. Они встречаются везде и всюду. Любая клетка, в любом организме, покрыта полисахаридами.
…Вообще, медузы, не единственные из максигидродидов (Hydroidea), состоящие в значительной мере из воды. Или, взять хотя бы рыб. Что у них там, в массе, помимо воды? Ну, скелет. Есть, так называемые, стеклянные рыбы, совершенно прозрачные.
Они, фактически - вода. И получается, что эта вода отличается какими-то особыми свойствами.
Что позволяет так думать?
Та же медуза живет в воде, в которой воды существенно меньше, чем в ней самой. Морская вода характеризуется высоким содержанием солей: их в ней, примерно, 3,5%. То есть, в медузе меньше твердого вещества, чем в окружающей ее воде, и между тем медуза с ней не смешивается. Значит, чем-то эта вода отличается.
Чем же?
В учебниках до сих пор написано, что в клетке вода такая же, как снаружи, и только полупроницаемая перепонка (мембрана) ее удерживает, сепарирует, отделяет, не давая перемешиваться внутреннему раствору с внешними веществами. И в этой перепонке есть ворота, насосы, каналы.
Но, в конце 30-х годов, наш выдающийся цитофизиолог Дмитрий Николаевич Насонов, работавший в ВИЭМе в то же время, что и Бауэр, а позже основавший Институт цитологии в Ленинграде, занимался изучением воды. Он разработал оригинальные цитологические методы исследования, благодаря одному из которых, а именно, методу исследования распределения между клеткой и средой органических анионов и катионов, пришел к выводу, что живая клетка отличается от погибшей состоянием в ней воды.
Исходя из результатов исследований Насонов, вместе со своим другом и коллегой Владимиром Яковлевичем Александровым, выдвинул фазовую гипотезу протоплазмы, предположив, что вода в клетке – это вода, находящаяся в другой фазе, нежели внеклеточная вода.
В другой фазе, это как лед и пар?
Да, и лед -- это H2O, и пар – это H2O. А состояние и структура – разные. Или пример другой природы, кристаллические модификации углерода (С) – графит и алмаз. Чем они друг от друга отличаются? И там углерод, и здесь углерод. Но при этом никто графит за алмаз не выдавать не станет. И с этой точки зрения внутриклеточная вода другая, чем, внеклеточная.…Споры на эту тему: о структурах, в которые вода гидратирует, и о том, насколько сильно они меняют ее свойства - ведутся с конца 30-х годов. И до сих пор продолжаются.
А Вы какой точки зрения в этом вопросе придерживаетесь?
Есть такой ученый с мировым именем, специалист в области биохимии и биофизики, биоинженер, профессор Джеральд Поллак (Gerald Pollack).
Еще лет 15 назад он стал задумываться о том, что вода в клетке может быть другая, чем вода вне клетки. На эту тему он написал замечательную книгу: «Клетки, гели и машины жизни» (Pollack, G.H.: Cells, Gels and the Engines of Life: A New, Unifying Approach to Cell Function), которая вышла в США в 2001 году. В ней Поллак очень доступно, но абсолютно строго показывает, что все наши представления о физиологии, биохимии, и т.д., основанные на теории мембран, и того, что вода в клетке и вода вне клетке тождественны, имеют мало общего с реальностью.
В чем тут дело?
Теорию мембран в середине XIX века выдвинул Мориц Траубе (Moritz Traube), обнаруживший явление полупроницаемости искусственных мембран. Потом для ее спасения была выдвинута следующая гипотеза, потом следующая и т.д. И сейчас избавиться от этой концепции очень трудно.
Почему?
Потому что, за обнаружение всех этих мембранных насосов, каналов (теория сита) семь Нобелевских премий дали. Но только это не имеет никакого отношения к интерпретации того, что биологи на самом деле открыли.
…И вот Поллак написал эту книгу. Она вызвала активную реакцию, причем, в основном положительную, потому что противопоставить ей оказалось нечего, кроме того, что все идут в ногу, а один - нет. Но, надо сказать, и не один, потому что, собственных данных Поллака в книге очень мало. Он собрал, обработал и обобщил громадное количество литературы по этому вопросу, начиная с середины XIX века. И ему удалось на этом материале создать целостную картину физиологии клетки, гораздо более адекватную, чем общепринятая концепция. В ней, естественно, тоже полно вопросов, на которые нужно искать ответы, но она, по крайней мере, не шита белыми нитками. А потом Поллак решил сам ставить эксперименты, пытаясь найти модель, с помощью которой можно увидеть особые свойства клеточной воды.
А на уровне клетки?
На уровне клетки опытным путем сделать это крайне сложно.…И Поллак задался целью найти модель попроще, где можно было бы относительно простыми методами изучить, чем отличаются свойства поверхностной (пограничной) воды – воды, находящейся на границе между смачиваемой ей поверхностью и объемной водой, далеко отстоящей от этой поверхности.
И он такую модель нашел. В 2003 году в авторитетном журнале Physical Review появилась его первая публикация на эту тему, очень интересная. В качестве модели он использовал помещенный в воду кусочек желе, точнее, соприкасающийся с водой гидрофильный полимерный гель.
Ну, то, что в самом желе вода какая-то особая, понятно уже по медузе. А вот на поверхности желе - какая вода? И, он показал, что эта поверхностная вода может организовываться на расстоянии до многих сотен микрон, а это доли миллиметров. Ее можно увидеть даже невооруженным глазом, а уж тем более под микроскопом. И вода, в этом достаточно толстом слое, отличается от той, что находится в объеме: и по вязкости, и по плотности, практически по всем, известным нам, параметрам.
Во время одного из экспериментов Поллак бросал в заполненный водой «колодец», вырезанный в кусочке желе, маленькие гидрофильные шарики (микрон, два). Если вода везде одинаковая, шарики должны были равномерно распределиться по всему объему. Но они уходили от стенок колодца на сотни микрон, оставляя за собой прозрачный слой «пограничной» воды. В этот слой не проникают красители и многие другие вещества. Поллак назвал эту воду, находящуюся в этом слое, exclusion zone water – вода, обладающая принципом исключения многих растворенных веществ. То есть, они в нее не проникают.
…своеобразная «запретная зона».
И она может распространяться на довольно большие расстояния, до долей миллиметра, а может быть, и дальше.
Значит ли это, что часть клеточной воды подвижна, а часть обладает какими-то иными свойствами?
Совершенно верно. Та вода, что прилегает к структурам клетки с развитой поверхностью, должна быть подобна той, что обнаружил в своих модельных экспериментах Поллак, а та, что находится вдали от этих поверхностей или вблизи сильно изогнутых поверхностей, должна быть гораздо больше похожа на объемную воду, где молекулы воды намного подвижнее. А поскольку протоплазма в живой клетке представляет собой динамическую структуру, вода неизбежно переходит из одного состояния в другое.
|
