Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

Накопление молочной кислоты в мышцах может привести к ощущению жжения во время самой нагрузки. Длительное время считалось, что мышечная боль на следующий день после изнуряющей физической тренировки это тоже происки молочной кислоты, однако это не так. Неприятные ощущения в мышцах после снятия нагрузки, увы, являются следствием микроповреждения и микровоспаления плохо развитой мышечной ткани, молочная кислота же непосредственно после прекращения упражнений, напрягающих мускульную ткань, не накапливается в мышцах – она может перейти обратно в пировиноградную кислоту, которая в условиях достаточного количества кислорода пойдет разрушаться по пути аэробного дыхания.

Еще один способ встретиться с молочной кислотой помимо накопления ее в мышцах – потребление кисломолочной продукции. Молочнокислые бактерии разрушают углеводы по анаэробному механизму, и, соответственно, молочная кислота образуется при случайном или намеренном скисании молока. Кисловатый запах йогурта или кефира как раз обусловлен присутствием молочной кислоты. Скисание молока происходит благодаря природной ферментации молочного сахара – лактозы – такими бактериями, как Lactobacillus bulgaris и Streptococcus thermophilus – это те самые молочнокислые бактерии, которые промимо всего еще и помогают нашим маркетологам продавать бутылку кефира по цене ящика.

Молочная кислота, чаще всего в форме натриевых или калиевых солей – лактатов, используется в пищевой промышленности в качестве пищевой добавки (Е-325 лактат натрия). Сама молочная кислота (Е-270) применяется для регулирования кислотности таких напитков, как фруктовые соки и пиво, а также благодаря не особо навязчивому вкусу и противомикробной активности – в качестве консерванта, увеличивающего срок хранения мясных и рыбных блюд, а также салатов.

Молочная кислота может вступать в реакцию поликонденсации, при этом образуется полимолочная кислота, на которую возлагаются большие надежды материаловедов. Дело в том, что полимолочная кислота биоразлагаема, что позволяет применять ее как практически неопасный для окружающей среды материал для изготовления пластиковой упаковки, так и в биомедицине. Например, полимолочная кислота сама по себе или в композициях с другим полимером – полигликолевой кислотой может использоваться для шовного материала или винтов, иммобилизующих поврежденные костные фрагменты. Такие хирургические нити или винты будут выполнять свою работу все время терапии: полимолочная кислота – полимер достаточно прочный, а со временем они будут разрушаться, образуя неопасную и в общем-то родную для организма молочную кислоту; соответственно процедура по удалению хирургических винтов или фиксаторов осколков костей уже не нужны.

Молочная кислота, как, впрочем, и любое другое вещество, многогранна – она заставляет мышцы болеть, обеспечивает их энергией; его производное может понадобиться для наложения швов на эти же мышцы или починки костей; ну и конечно же каждый из нас не раз поглощал молочную кислоту с йогуртами, кефиром, сметаной и, возможно, настоящей деревенской простоквашей.

«В своей стране он изучал свет и свечение разных тварей, но эта тварь здесь была особая. Она мерцала по-особому, и он нашел ее. Но сейчас он хочет изучить ее все больше и больше – эту новую тварь и белок, который заставляет ее светиться. В доках его ждут полные ведра медуз. Молодой ученый старается не улыбаться, показывая свои результаты своему наставнику, но в душе он улыбался так, что сдержать улыбку стоило немыслимых усилий». Это отрывок из короткого рассказа Тани Хершман, в котором она описывает, какие чувства одолевали молодого японского исследователя Осаму Симомуру, когда он открыл зеленый флуоресцирующий белок в 1960-х годов.

История зеленого флуоресцирующего белка и той революции, которую он совершил в науке, начинается в конце сороковых в послевоенной Японии. Родина молодого Симомуры оправлялась от последствий Второй мировой войны. И как это ни парадоксально, именно война и разруха подтолкнули Симомуру к науке и той научной теме, которая в итоге закончилась для него Нобелевской премией.

В результате атомной бомбардировки родного города Симомуры – Нагасаки – было разрушено главное здание фармацевтического колледжа, и учебное заведение переехало во временное здание около дома Симомуры. Он поступил в колледж и в итоге стал изучать причину, заставляющую странное морское создание – «морского светлячка» – светиться таким необычным светом.

Обнаружив, что флуоресцентное свечение вызывает определенный белок, Симомура отправился в США, где начал работу над новым исследовательским проектом. Его работа с морским светлячком продолжалась относительно недолго, но она хорошо подготовила его к работе в Принстонском университете, где он решал подобную задачу, решение которой и принесло ему известность.

Снова ему пришлось выяснить причину свечения морского животного. На этот раз это была медуза Aequorea Victoria, которая светилась изумрудно-зеленым светом в водах гавани Фрайди Харбор. За несколько лет Симомура собрал (в соответствии с собственными подсчетами) около миллиона медуз, из которых выделял различные белки, пытаясь установить, который (или которые) из них отвечают за свечение.

В конечном итоге он обнаружил белок, который сейчас мы называем просто «зеленый флуоресцирующий белок». Для получения этого белка требовалось много усилий и времени, но все это было оправдано – за открытие и исследование зеленого флуоресцирующего белка Нобелевскую премию по химии 2008 года разделили Осаму Симомура из Лаборатории морской биологии США, Мартин Чолфи из Университета Колумбии и Роджер Тсин из Университета Калифорнии в Сан-Диего.

В чем причина такой популярности зеленого флуоресцирующего белка? Дело в том, что этот белок стал одним из наиболее часто используемых инструментов в биохимии. С помощью зеленого флуоресцирующего белка исследователи разработали способы наблюдения за процессами, которые ранее было невозможно наблюдать – от роста нервных клеток до развития раковых опухолей.

Химические процессы в организме контролируются работой десятков тысяч белков. При нарушениях в работе белковых молекулярных машин организм может заболевать, все это обуславливает необходимость построения правильной карты белкового обмена и функционирования для различных организмов.

Зеленый флуоресцирующий белок состоит всего лишь из 238 аминокислотных остатков. Может показаться, что это много, но на самом деле расшифровка структуры такого белка, а также гена, управляющего его биосинтезом, не является такой уж сложной задачей для биохимиков, и вскоре после определения структуры зеленого флуоресцирующего белка исследователи расшифровали участок ДНК, кодирующий биологический синтез зеленого флуоресцирующего белка.