Биологически активные - Галактионов Станислав Геннадиевич

Характерная нервная клетка – нейрон – состоит из тела клетки (сомы), от которого отходят вытянутые, часто ветвящиеся отростки: один аксон и обычно несколько дендритов. «Общаются» нервные клетки друг с другом благодаря наличию в месте их соприкосновения особого устройства–синапса. Его назначение – обеспечить распространение волны потенциала действия, пришедшей к синапсу из одной клетки, по другой клетке. И достигается это не простым «слиянием» мембран, как можно сразу подумать, а способом гораздо более мудреным.

В каждом синапсе такая передача может идти лишь в одном направлении, и более чем в 90 процентах случаев «подводящим» элементом бывает аксон, хотя возможна также передача с дендрита на сому или наоборот, а также с сомы на сому и с дендрита на дендрит. Передача на аксон возможна только с аксона же.

Синапсы могут располагаться как на боковой по- верхности аксона (касательные синапсы), так и в его торце (концевой синапс). Будем в дальнейшем, для определенности, говорить именно об этих последних.

Та часть синапса, которая относится к подводящему импульс аксону, называется пресинаптической областью. Это – грушевидное образование, прилегающее к другой клетке (эффекторной) своим торцом. Соответственно область контакта со стороны эффекторной клетки называется постсинаптической. Полного контакта между мембранами двух клеток, однако, нет: они отстоят друг от друга на расстоянии порядка нескольких стотысячных долей миллиметра; пространство между нами (синаптическая щель) занято гелеобразной массой и некоторыми организованными структурами, напоминающими протоплазматические.

В пресинаптической области имеются синаптические пузырьки, заполненные раствором медиатора – чаще это ацетилхолин, соединение структуры CH3–CO–O–CH2–CH2–N+ (CH3)3.

С приходом волны потенциала действия в пре-синаптическую область происходит выброс ацетилхо-лина в синаптическую щель. Он диффундирует к пост-синаптической мембране, где связывается специальными рецепторами, в результате чего меняется ее проницаемость по отношению к определенным ионам, так что наступает локальное падение разности электрических потенциалов, и на эффекторной клетке начинает развиваться волна потенциала действия.

Тут следует обратить внимание на еще одно удивительное свойство возбудимых мембран. После того как по клетке прошла волна потенциала действия, ей требуется некоторый «отдых». Этот промежуток времени, необходимый для восстановления возбудимости, называется рефракторным периодом. Если молекулы ацетилхолина, связавшиеся с рецепторами постсинаптической мембраны, останутся на своих местах большее время, чем составляет продолжительность рефракторного периода, поддерживая разность потенциалов пониженной, потенциал действия возникнет еще раз, затем еще – и так до устранения причины: «сидящих» на рецепторах молекул ацетилхолина. Собственно, как отмечалось, они не «сидят» непрерывно, их взаимодействие с рецептором – процесс динамический, каждое мгновение какое-то количество связанных молекул рецепторы покидает, а какое-то количество свободных рецепторами захватывается.

Однако в синаптической щели находится фермент ацетилхолинэстераза, интенсивно разрушающий ацетилхолин:

CH3–CO–O–CH2–CH2–N+ (CH3)3 + H2O → CH3–COOH + HO–CH2–CH2–N+ (CH3)3.

так что у молекулы медиатора, «снявшейся» с рецептора, не так уж много шансов уцелеть за время, необходимое для повторного связывания.

В течение рефрактерного периода ацетилхолинэстераза «очищает» синаптическую щель (а следовательно, постсинаптическую мембрану) от молекул ацетилхолина, а когда постсинаптическая мембрана восстановит возбудимость, новая волна потенциала действия уже не разовьется, если, конечно, к тому времени не поступит новый импульс на пресинаптическую мембрану, вызывающий новый выброс ацетилхолина в синаптическую щель, и т.д.

Ацетилхолинэстеразу можно блокировать специфическим ингибитором – например, изопропиловым эфиром фторангидрида метилфосфониевой кислоты, соединением структуры, которое образует с активным центром фермента очень прочный комплекс, и в результате наблюдается то, что и следовало предвидеть, исходя из описанного механизма, – эффекторная клетка самопроизвольно генерирует импульс за импульсом.

Наше описание процесса синаптической передачи по необходимости является лаконичным, упрощенным и даже местами окарикатуренным; на самом деле молекулярная организация основных его этапов известна ныне в гораздо больших подробностях. Но, согласитесь, даже знакомясь с этими механизмами в столь поверхностном изложении, нельзя не восхищаться силой творческого гения исследователей, сумевших воссоздать всю эту картину, расшифровать столь непростые процессы и даже сознательно в них вмешиваться, как в случае только что рассмотренного элегантного эксперимента с изопропиловым эфиром фторангидрида метилфосфониевой кислоты.

Это ли не триумф современной науки, вообще человеческого разума!

Изопропиловый эфир фторангидрида метилфосфониевой кислоты более известен как зарин – одно из самых страшных боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия.

Из песни слова не выкинешь

Не скрою, очень был велик соблазн обойти молчанием химию боевых отравляющих веществ – самый омерзительный раздел науки о биологически активных соединениях. В конце концов, эта книга – не отраслевая энциклопедия, и если составить перечень важных проблем и вопросов, в ней не затронутых, он окажется гораздо более длинным, чем список проблем обсужденных. Но обдумывая план очередного раздела, я постоянно сталкивался с необходимостью привести в подтверждение того или иного аргумента, в развитие некоторой идеи пример именно из области химии боевых отравляющих веществ (так для краткости принято называть эту отрасль, с позволения сказать, науки; конечно, помимо химиков, здесь работают и токсикологи, биофизики, биохимики и т.п.).

Ибо химия боевых отравляющих веществ очень интенсивно ассимилирует все новые идеи, достижения и открытия современной биологии, органической (в особенности элементоорганической) химии, других дисциплин – вполне мирных и даже кажущихся до поры до времени, как говорят, «оторванными от жизни». Да и у истоков создания химического оружия, увы, стояли многие видные химики нашего столетия. (Я говорю, конечно, о современной версии химического оружия; скажем, отравление колодцев в тылу у неприятеля практиковали еще в глубокой древности.)

Те несколько книг по химии боевых отравляющих веществ, которые мне довелось прочесть, написаны, несомненно, очень квалифицированными специалистами от биохимии и токсикологии. Читаешь в общем-то привычный текст, местами оценишь остроумную теорию, в рутинных ситуациях можешь самостоятельно продолжить мысль автора на несколько абзацев вперед. Ведь с точки зрения молекулярных основ, химизма, физиологии – нет никаких принципиальных различий между этими трудами и книгами, скажем, по фармакологии или по пестицидам. Почему же стороннему читателю так не по себе? Может быть, потому, что параллельно тексту воображение воспроизводит субъективные ощущения жертвы газовой атаки?

Один вдох, другой – и человек бессильно опускается на землю. Еще не понимает, что произошло (в голове страшный шум), невдомек ему, почему ни руки, ни ноги его не слушаются. Страшные судороги сводят все тело, невыносимая боль, но крикнуть уже нельзя, дыхание перехватило. Сердце еще кое-как работает, снабжая кровью раскалывающийся мозг, и остатки угасающего сознания регистрируют лишь неописуемую муку.

Именно это следует из очень квалифицированного текста и безупречно правильных формул.

Жуткой лабораторией отработки химического оружия и способов его применения стала первая мировая война, в особенности вторая ее половина.