Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток
Экологические проблемы (личное замечание автора)
Заключительный раздел этой главы, посвященной проблемам коммуникации, следует отнести к вопросу межвидового общения. Люди сталкиваются с такими трудностями при общении друг с другом, что, казалось бы, проблемы экологических взаимоотношений не особенно существенны для них. Однако если внимательно взглянуть на то, что можно рассматривать более широко как метаболические циклы в биосфере, то легко убедиться в важности этого аспекта биохимии. Достаточно представить себе, что возникновение эукариот связано, возможно, с установлением симбиотических отношений между двумя видами прокариот. Точно так же развитие высших растений может быть обусловлено симбиозом между водорослью и организмом, неспособным к фотосинтезу.
Союзы между различными видами н в настоящее время играют важную роль. Например, производство мяса во многом зависит от бактерий, входящих в состав микрофлоры пищеварительного тракта жвачных животных. Организм человека является пристанищем для ряда бактерий, грибов и других организмов, причем он вынужден поддерживать ними добрососедские отношения. Для борьбы с бактериальными инфекциями нам необходимы антибиотики, вырабатываемые бактериями или грибами. Еще более существенна наша зависимость от растений, поставляющих кислород и незаменимые питательные вещества. Окружающая нас среда в своей значительной части является продуктом жизнедеятельности различных организмов, находящихся в состоянии динамического экологического равновесия. Совершенно очевидно, что следует ожидать быстрого расширения наших знаний в области химической экологии, причем не только по проблеме влияния одной группы организмов на другую, но и по проблеме влияния человеческой деятельности на животные и растения всех уровней организации. Должны быть исследованы такие вопросы, как последствия загрязнения окружающей среды, исчерпание озона в атмосфере и другие изменения, которые влияют на количество достигающей Земли лучистой энергии, а также вопрос о возможном значении использования человеком избыточных количеств энергии. Подобно тому как поддержание устойчивого состояния в клетке часто оказывается существенно важным для жизнедеятельности организма, для биосферы, по-видимому, необходимо поддержание устойчивого состояния химических циклов.
Несомненно, что в будущем роль биохимиков в медицине, сельском хозяйстве и промышленности будет постоянно возрастать. Биохимики должны быть готовы к участию в выработке ответственных решений, способных повлиять на будущее всего живого на земле. Биохимические подходы потребуются для решения многих важных проблем. Особого внимания требуют проблемы мутации (гл. 15, разд. 3, 3) и последствия загрязнения среды непрерывно растущим числом, синтетических химических материалов. Неизбежно возникнут не только научные, но и этические вопросы. Например, человечество не сможет избежать ухудшения генетического фонда, не прибегнув либо к эффективным мерам отбора, которых пока не существует, либо к «генетической инженерии». Если появится возможность изменять генетические признаки, то в принципе ничто не помешает сделать человека более здоровым, способным и разумным, чем он есть в настоящее время. Не нужно, однако, забывать, что наши знания очень не полны и деятельность наша чревата ошибками.
Несмотря на попытки игнорировать угрозу новой войны, мы не можем не рассматривать этой проблемы. Возможность практически полного уничтожения сложноорганизованных форм живого в результате воздействия радиации на генетический аппарат вполне реальна. Конечно, внушает надежду тот факт, что человечество уже много лет живет с атомным оружием, не пустив его в употребление, но постоянные угрозы воспользоваться им как последним средством могут привести к всемирной катастрофе.
Может быть, именно биохимики, хорошо представляющие себе проблемы, порождаемые мутациями и другими последствиями радиоактивного облучения, должны указать обществу на грозящую ему опасность.
Не меньшую опасность, чем радиоактивное облучение, представляет биохимическое оружие войны, например искусственные вирусы. До сих пор биохимическое оружие мало употреблялось, поскольку все понимали, что оно не щадит не только чужих, но и своих. Однако растущие знания в области молекулярной биологии могут сделать возможным коварное нападение на невакцинированный контингент. Поскольку работа в области биохимии не требует громоздких технических устройств, разработка биологического оружия может быть проведена небольшой группой ученых сугубо секретно.
Стоит ли беспокоиться? Если биохимия не может обнаружить смысла жизни, то может быть нам, ученым, следует заниматься только наукой? Ведь наука сама по себе не имеет морали, не так ли? И наконец, разве общество не сделает того, что хочет, не считаясь с нашим мнением? Такого рода вопросы неизбежны, но все же деятельность лучших ученых мира проникнута чувством большой ответственности. Они ищут не только радости открытия и удовольствия от признания их заслуг, но и хотят сохранить мир для своих детей и внуков. Они испытывают сострадание к другим людям. Очень многие из них стали биохимиками из стремления изучать живое с целью улучшения здоровья людей, медицинской помощи, питания и т. д. Большинство ученых не хотят мириться с тем, чтобы эволюция человека окончилась катастрофой из-за применения ядерного оружия или необратимого загрязнения суши и воды.
Возвращаясь к проблеме биологического оружия, напомню, что говорил по этому поводу первооткрыватель процесса рекомбинации бактерий Джошуа Ледерберг на конференции в Беркли в 1971 г. Он спрашивал: существует ли справедливость и объективность вне стен лаборатории? По его мнению, ответ должен быть утвердительным. Ледерберг указал, что различные страны мира договорились о прекращении производства биологических видов оружия и даже сделали уже некоторые шаги для уменьшения грозящей опасности. Однако это разумное решение всегда встречает определенное сопротивление. Некоторые настаивают на организации инспекции по проверке выполнения решения. Но разве может быть какая-либо инспекция достаточно эффективной? По мнению Ледерберга, в настоящее время возможна только одна форма контроля, а именно контроль со стороны самих ученых, которые должны отказаться от роли «чистых ученых» и взять на себя задачу предотвратить безумное употребление новейших биологических. открытий. Существование сообщества ученых, члены которого всегда бы действовали с полной ответственностью, представляется маловероятным, и тем не менее это возможно единственный путь к тому, чтобы человечество могло продолжать жить на нашей планете. Ледерберг считает, что этого можно добиться. (Я присоединяюсь к этому мнению.)
Если настоящая книга помогла читателю разобраться в проблемах молекулярной биологии и оценить возможности этой науки, то надеюсь, что заключительные строки убедят читателя последовать совету профессора Ледерберга. Я искренне надеюсь, что все молодые люди, изучающие сейчас биохимию и современную биологию, используют те фантастические знания, которые у нас есть, на благо человечества, а добившись влиятельного положення в ученом мире, будут действовать ответственно и осторожно.
Вопросы и задачи
1. Комплекс кортикостероидный гормон — рецептор, образованный при пониженной температуре и слабой ионной силе, присоединяется к хроматину только после «активации». Активация является реакцией первого порядка, в результате которой образуется мономолекулярный продукт. Скорость реакции увеличивается с повышением температуры, и равновесие наступает в условиях, когда ~60% молекул комплекса оказываются активированными. Процесс характеризуется следующими параметрами (Atger М., Milgrom Е., JBC, 251, 4758— 4762, 1976):
К какому типу реакции отнесете вы процесс активации?
2. Многие пептидные гормоны образуются из больших по величине пептидов в ходе протеолиза, протекающего иногда в два и более этапа. В чем могут заключаться преимущества такого пути образования гормонов для организма?
3. В нерастворимый фосфопротеид мозга крысы во время сна включается больше радиоактивного Pi, чем во время бодрствования. Этот фосфопротеид был выделен и оказался глюкозо-6-фосфатазой (Anchors М., Karnovsky М. L., JBC, 250, 6408—6416, 1976). Как объяснить это явление? Попытайтесь объяснить состояние сна с химической точки зрения.
4. Изменение одной и той же особенности поведения организма наблюдается при мутации одного из генов, детерминирующих синтез любого из следующих белков:
аденилатциклазы,
фосфодиэстеразы,
ферментов синтеза простагландинов,
моноаминооксидазы,
белка — рецептора сАМР,
протеазы, действующей на липотропин.
Объясните молекулярную основу общности эффекта мутаций.
5. Определенные N-формилпептиды являются аттрактантами фагоцитов (Aswanikumar S., Schiffman Е., Corcoran В. А., Wahl S., М., PNAS. 73, 2439—2442, 1976). В чем может быть биологическое значение этого факта? Предполагается, что пептидазная активность фагоцитов играет также большую роль в хемотаксисе. Объясните почему.