Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Азимов Айзек

Американскому биохимику Винсенту дю Виньо с коллегами удалось выделить из задней доли гипофиза два чистых вещества. Одно из них обладало выраженным сосудосуживающим действием и было названо вазопрессином, а другое, вызывающее сокращение маточной мускулатуры, — окситоцином. Искать третий гормон, оказывавший антидиуретическое действие, не пришлось, потому что им сполна обладает вазопрессин. К середине 50-х годов термин «антидиуретический гормон» исчез из медицинского словаря, его вытеснил вполне достаточный термин «вазопрессин».

Дю Виньо открыл, что окситоцин и вазопрессин являются необычно мелкими пептидами с молекулярным весом чуть больше 1000. Было не трудно проанализировать их с помощью метода, разработанного Сэнджером. Дю Виньо нашел, что оба гормона состояли не более чем из восьми аминокислотных остатков. Был найден и порядок их расположения в молекулах.

Как вы видите, строение этих пептидов весьма сходно. Они отличаются между собой двумя аминокислотными остатками из восьми. Тем не менее, этого достаточно, чтобы их свойства были совершенно различны и чтобы показать, какое значение для функции гормонов имеют даже такие минимальные изменения боковых цепей. (С другой стороны, вазопрессин свиньи имеет лизин на месте аргинина в приведенной формуле, на которой изображено строение бычьего вазопрессина, и, тем не менее, эта замена не играет роли в функциональной активности свиного гормона.)

Дю Вииьо, определив структуру этих двух гормонов, сделал еще один шаг вперед. Он синтезировал полипептиды, расположив аминокислотные остатки в порядке, выявленном при анализе. В 1955 году он представил синтезированные молекулы, обладавшие полными свойствами окситоцина, вазопрессина и антидиуретического гормона. Таким образом, дю Виньо стал первым ученым, сумевшим синтезировать белок (хотя и очень маленький), обладавший естественной биологической активностью. За это достижение он в том же году был удостоен Нобелевской премии по химии.

Иногда случается так, что у какого-то индивида вазопрессин не синтезируется в достаточных количествах. Когда это происходит, вода перестала должным образом всасываться в канальцах и количество мочи резко увеличивается. В некоторых особенно тяжелых случаях, когда вода вообще перестает всасываться в канальцах, ее потери мог оставить от 20 до 30 кварт в сутки. Чтобы восполнить такую потерю, больному приходится выгнать такие же гигантские количества воды. Эта болезнь, проявляющаяся прохождением через почки такого объема воды, вполне заслуживает назван «диабет».

Так как количество шлаков, выводимых с мочи не увеличивается, то они просто распределяются огромном объеме мочи, и она у этих больных проведена настолько, что по составу мало отличает от водопроводной воды. В отличие от нормальной мочи, такая моча лишена запаха и янтарного цвета. В отличие же от переполненной сахаром мс больного сахарным диабетом, она лишена и ел; кого вкуса. Поэтому заболевание, обусловлен недостаточностью задней доли гипофиза и сниженной выработкой вазопрессина, назвали несахарным диабетом. На латинском языке это заболевание называется diabetes insipidus(insipidus означ. «безвкусный»).

Глава 4. КОРА НАДПОЧЕЧНИКОВ

Все гормоны, которые мы обсуждали до сих пор, являются производными аминокислот. Молекулы тироксина, адреналина и гистамина суть не что иное, как химические модификации тирозина для первых двух гормонов и гистидина для последнего. Другие гормоны представляют собой цепи аминокислотных остатков — пептиды, содержащие от восьми до сотни таких остатков. Есть, однако, гормоны, не похожие по своему строению на аминокислоты. Их история начинается с весьма болезненного и вовсе не романтического состояния — желчно-каменной болезни.

В 1814 году химики получили из желчных камней белое, жироподобное, похожее на замазку вещество, получившее название холестерин (от греческих слов «холе» — желчь и «стерон» — твердый, то есть «твердая желчь»). Название было вполне логичным, так как камни выпадают из желчи, и, следовательно, их можно рассматривать как отвердевшую желчь. В течение ста лет химики безуспешно пытались установить строение молекулы холестерина. Единственное, что удалось установить после нескольких десятилетий бесплодных усилий — это то, что в молекуле присутствует гидроксильная группа — ОН. Эта функциональная группа характерна для спиртов — алкоголен. К концу XIX века химики договорились обозначать спирты терминами с суффиксом — ол. По этой причине холестерин был переименован в холестерол, а весь класс соединений, к которому он относится, было решено именовать стеролами. Со временем было обнаружено, что многие соединения, родственные холес-теролу, не имеют в своем составе гидроксильную группу и, следовательно, не могут иметь и суффикс — олв названии. В 30-х годах для обозначения этого класса соединений был предложен более общий термин — стероиды (подобные стеролу).

К этому времени химикам, наконец, удалось расшифровать структуру молекулы холестерола. Как выяснилось, его молекула состоит из 27 атомов углерода, 46 атомов водорода и всего 1 атома кислорода. 17 атомов углерода образуют структуру из четырех колец, соединенных между собой следующим образом.

Атомы углерода образуют три шестичленных кольца и одно пятичленное, соединенные между собой как показано на рисунке. В каждом углу находится один атом углерода. Линии представляют собой связи, соединяющие углеродные атомы. Кольца обозначены буквами от А до D, а углы пронумерованы от 1 до 17. Это обозначение было принято всеми химиками мира, а сама структура получила название стероидного ядра.

Каждый атом углерода обладает четырьмя валентностями, с помощью которых он может образовать четыре связи с другими атомами. Например, атом углерода в положении 2 уже использовал две свои валентности для соединения с атомами углерода 1 и 3. У второго атома остаются еще две свободные валентности, с помощью которых он может присоединить два атома водорода. В таких схематических формулах, какие я использую в этой главе, для простоты и удобства не обозначают атомы водорода. Поэтому в тех местах, где вы видите незанятые валентности углерода, как, например, в случае углерода-2, находятся именно атомы водорода. (Атом водорода во всех соединениях проявляет валентность, равную 1. Что же касается углерода в положении 10, то он использует три из своих валентностей для связи с тремя атомами углерода — 1, 5 и 9. В распоряжении углерода-10, таким образом, остается одна незанятая валентность, то есть этот атом может образовать еще одну и только одну связь.

Иногда атом углерода соединяется с соседним атомом углерода, используя две валентности. В таких случаях речь идет о двойной связи. Предположим, что двойная связь существует между углеродами в положениях 5 и 6. В этом случае уг-лерод-5 соединен двумя связями с углеродом-6, третьей связью с углеродом-10, а четвертой — с углеродом-4. Все валентности оказываются занятыми.

Но вернемся к холестеролу. Из его 27 атомов углерода 17 образуют стероидное ядро. Остаются еще 10. Из них один присоединен к единственно? свободной связи углерода-10, а один к единственной свободной связи углерода-13. Последние восемь атомов образуют цепь (детальной структурой которой мы не станем заниматься), присоединенную к углероду-17. Кроме того, атомы углеродов в положениях 5 и 6 соединены между собой двойной связью.

А где же одинокий атом кислорода? Он присоединен к углероду-3. Атом кислорода двухвалентен и, следовательно, может образовывать две связи. Одна израсходована на соединение с углеродом-13, а вторая соединяет кислород с атомом водорода. При этом образуется гидроксильная группа — ОН, характерная для спиртов. Теперь мы можем представить целиком структурную формулу молекулы холестерола.

Мы так подробно разбирались со строением холестерола по двум причинам. Во-первых, это очень важное соединение само по себе. Во-вторых, его молекула является родоначальницей других, не менее важных, молекул. О важности холестерола можно судить по одному простому факту — в организме его очень много. В организме человека весом 70 кг содержится приблизительно 230 г этого вещества. Добрая толика этого количества находится в нервной системе (еще одна причина подробно остановиться на холестероле именно в этой книге). Около 3 % веса головного мозга приходится на холестерол. Учитывая, что головной мозг на 80 % состоит из воды, мы можем смело утверждать, что холестерол составляет 15 % или 1/6 часть сухого веса мозга.