Из чего построен человек?

В живом организме содержатся белки, жиры, углеводы и минеральные соли.

Всякий знает также, что больше половины (а в иных случаях более 90%) весового состава организма падает на долю воды. Но это лишь самое общее и грубое представление о строении живой ткани.

Начнем с того, что весовое содержание различных компонентов чрезвычайно сильно варьирует от одного вида к другому. Приводимые ниже данные наглядно иллюстрируют содержание различных веществ в процентах к общему весу.

В процентном содержании разных веществ между органами одного и того же организма существует большое различие. Состав скелета высших животных резко отличается от состава протоплазмы или крови. Чем выше поднимается вид по ступеням эволюции, тем больше возникает у него специализированных органов таких, как клюв, перья, шерсть, чешуя и прочее, тем глубже становится разделение функций между отдельными частями тела и, следовательно, тем сильнее различия в строении частей и в их составе.

Весовое содержание, строго говоря, не дает истинной картины распределения химических соединений в тканях. Ведь одни молекулы состоят из тысячи атомов, другие — всего из двух или трех. Весовое содержание еще не показывает распространенности тех или иных молекул — основных кирпичиков вещества. Представление о молекулярном составе различных веществ протоплазмы дают следующие цифры (Гизе, 1952).

Как видите, молекул белка, считающегося символом жизни, не так уж много в организме! Правда, эго «меньшинство» является в некотором смысле правящим.

Следующая важная группа веществ живой ткани — это липиды, жировые и жироподобные соединения. Нам хорошо известны растительные и животные пищевые жиры — оливковое и подсолнечное масло, говяжье сало, гусиный смальц. Но к липидам относятся также воска, например, пчелиный воск. Холестерин, доставляющий столько огорчения пожилым людям, тоже принадлежит к липидам. Липиды играют очень важную роль в оболочках клеток и нервных волокон. Кроме того, они являются пищевым резервом.

Углеводы, к которым относятся сахар и крахмал, образуют запасы питательных веществ, расходуемых организмом при движении и других формах жизнедеятельности. В углеводах отношение углерода к водороду и к кислороду составляет 1:2:1. Полисахариды представляют собой важный скелетный материал, входящий в состав лубяных волокон и клеточных стенок растений. К углеводам относятся, в частности, целлюлоза, глюкоза, фруктоза и хитин — основная часть тела насекомых (например, твердые надкрылья майского жука состоят из хитина).

О молекулярном весе белков, жиров и углеводов мы уже знаем из приведенной выше таблицы. Что же касается структуры этих веществ, то мы будем говорить о ней в каждом конкретном случае, когда это понадобится. Общие же принципы здесь таковы: белки — полимерные молекулы, составленные из аминокислот; липиды — в основном из жирных кислот и глицерина; углеводы — линейные молекулы, в которых связаны в группы простые сахара (глюкоза, фруктоза и др.).

Разумеется, в любом организме содержится огромное количество химических соединений, о которых мы не говорили. Развитие биохимии и физиологии приводит к тому, что с каждым годом ученые признают все более важным значение даже ничтожных количеств того или иного вещества для жизнедеятельности особи. Большое значение для биологии имеет открытие роли ДНК в явлениях наследственности. Когда-то не имели понятия о витаминах, теперь их роль настолько известна, что сама этимология этого слова («вита» — по латыни «жизнь») не кажется преувеличением. Недавно наука установила бесспорно большое значение для жизненных процессов микроэлементов. Есть уверенность, что скоро будут открыты новые составляющие организма, без которых немыслима жизнь.

Изучение биолюминесценции нужно начинать с выяснения того, насколько способны к испусканию света молекулы белков, жиров и углеводов — наиболее явных и бесспорных составляющих живой материи. Экспериментальные исследования тканей, проведенные с помощью ФЭУ, показали, что белки и углеводы светятся очень слабо. Зато жиры оказались источниками сравнительно интенсивного свечения. Излучение жиров лежит в видимой области спектра.

Липиды (одним из видов которых являются жиры) живого организма являются веществами сравнительно хорошо изученными; они имеют не такой огромный молекулярный вес, как белки.

В то же время, животные и растительные жиры всегда представляют собой смесь многих различных химических соединений липидной природы, и это существенно затрудняет их исследование. Из-за составного характера «натуральных» липидов тканей трудно написать формулу жира того или иного организма и даже той или иной части организма. Тем не менее, чтобы дать представление о типе соединения, мы приведем формулу одного из наиболее важных веществ, входящих в состав жиров — триглецирида олеиновой кислоты. У человека, например, почти половина жиров состоит из триглециридов олеиновой кислоты.

В этом соединении трехатомный спирт — глицерин — связан с тремя молекулами олеиновой кислоты.

Когда встал вопрос об изучении свечения жиров вне организма (чтобы отделить «чистую» хемилюминесценцию от свечения, обязанного жизненным процессам), оказалось очень удобным использовать обыкновенное оливковое масло, так как оно на 80—90% состоит из триглециридов олеиновой кислоты. Первые же эксперименты, осуществленные с использованием фотоумножителей, показали, что химически чистая олеиновая кислота на воздухе светится не слабее, чем жиры, выделенные из организма. Следовательно, не вполне правилен взгляд на биолюминесценцию, как на процесс, обязательно связанный с воздействием специального фермента —люциферазы на особый энергетический субстрат люфицерин (или действием других ферментов).

Предположение, что световыделяющие реакции живых тканей не всегда бывают следствием типичных процессов жизни обмена веществ в клетке, усвоения пищи, дыхания и т. д., подтверждалось также отсутствием в олеиновой кислоте каких-либо ферментов. Развитие светящихся микроорганизмов в олеиновой кислоте исключается, так как эта кислота является сильным антибиотиком. Так исследование сверхслабого свечения, ставшее возможным только благодаря применению современной лабораторной методики, неожиданно как бы возродило древние представления об источниках свечения организмов. (Вспомните «соляную» гипотезу, теорию трения частиц, окисления простых веществ.) Выходит, 200 и 300 лет назад исследователи не были так уже далеки от истины?

Подождем отвечать на этот вопрос и расскажем о дальнейших результатах измерений люминесценции веществ вне организма. Было обнаружено, что некоторые жиры, выделенные из тканей животных, светятся в несколько раз сильнее, чем в организме. Можно было предположить, что в тканях что-то мешает свечению.

Свободные жиры на воздухе быстро окисляются. Все мы хорошо знаем это по опыту. Сливочное масло, простоявшее несколько дней, портится. С сахаром же или крахмалом этого не происходит — эти вещества в очень слабой степени подвержены окислению на воздухе. В тканях дело обстоит иначе — под действием ферментов живых клеток углеводы окисляются в теле очень быстро. Это окисление является одной из важнейших энергетических реакций живых существ и растений. Но если химическое поведение различных веществ совершенно меняется, когда эти вещества выводятся из тканей наружу, следовательно, может меняться и такое их свойство, как способность к люминесценции.

Короче говоря, если свечение экстрагированного жира подает мысль об участии в биолюминесценции всех липидов, то в доказательство этой мысли следует подвергнуть их тщательному изучению.