Химия — союзник медицины - [28]

Примерно так же с помощью меченых атомов ведется наблюдение за движением фосфора в организме подопытных животных. Например, раствор фосфата натрия впрыскивают под кожу или вводят в желудок белым крысам. Через некоторое время животное умерщвляют, из разных частей тела вырезают по 1 г ткани и сжигают; с помощью счетчика определяют концентрацию радиоактивного фосфора в золе. Еще проще и нагляднее можно проследить за накоплением фосфора-32 с помощью радиоавтографа, который получают, прикладывая разрез тела крысы к фотопластинке.

Радиоактивный фосфор очень быстро разносится по всему телу. Уже через несколько минут после введения его можно обнаружить во всех органах и клетках, особенно много его накапливается в почках.

Применение в диагностике меченых атомов — фосфора-32, йода-131, натрия-24 и других основано на том, что они не отличаются от обычных элементов по своим химическим свойствам и также активно участвуют в процессах обмена в организме. Использование йода-131 позволило раскрыть секреты щитовидной железы, в которой, как известно, больше всего накапливается йода. Впервые удалось проследить весь путь этого вещества в желудочно-кишечном тракте и крови в составе иодидов и в самой щитовидной железе — при образовании сложных органических соединений — йодтирозинов и йодтиронинов. Радиоавтографы помогли изучить распределение йода в нормальной и измененной тиреоидной тканях.

Среди жизненно важных для организма химических элементов одно из почетных мест принадлежит железу. Ведь оно входит в состав гемоглобина, который содержится в эритроцитах. Поэтому представляет большой интерес возможность проследить за движением и распределением железа в организме. Опыты с применением радиоактивного железа показали, что этот элемент накапливается в печени и селезенке в виде белкового вещества — ферритина. Так меченые атомы помогают увидеть невидимое.

Рулевые удивительных превращений

Вода, как известно, состоит из водорода и кислорода. Но придется ждать долгие годы ее появления, если смешать эти два газа. Однако достаточно бросить в колбу, наполненную смесью этих газов, микроскопическую крупинку платины, как произойдет бурная реакция (взрыв) и образуется вода. Платина оказалась катализатором: это она заставила газы вступить в реакцию. Катализаторы применяются в промышленности при изготовлении кислот, удобрений, красок, полимеров.

Исследуя работу пищеварительных органов, ученые заметили, что сложные молекулы жиров, углеводов, белков, составляющих нашу пищу, расщепляются на более мелкие части под действием особых веществ — ферментов. Это катализаторы, без которых все превращения в организме шли бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможной.

Ферменты в природе встречаются только в живых организмах; этим они отличаются от катализаторов, применяемых в технике. Ферменты — двигатели жизненных процессов, они помогают дышать, строить клетки и ткани. Если в организме не будет ферментов, он погибнет от истощения даже при избытке самых лучших питательных веществ, так как пища без ферментов не будет усваиваться.

При попадании пищи в желудок фермент пепсин ускоряет расщепление белков — разбивает их на полипептиды, а в кишечнике трипсин «рубит» их на еще более мелкие части — аминокислоты. Другие ферменты расщепляют углеводы на отдельные сахара, а жиры — на глицерин и жирные кислоты.

Для нормальной жизнедеятельности людей и животных нужна не только пища, но и воздух. Для дыхания также нужны ферменты.

В человеческом организме находятся тысячи различных ферментов и каждый из них имеет свою «специальность». Одни отщепляют фосфорную кислоту (фосфатазы), другие — водород (дегидрогеназы), третьи доставляют и присоединяют молекулу кислорода к окисляемому веществу (оксидазы).

«Природа ревниво оберегает свои тайны, — писал еще двести с лишним лет назад М. В. Ломоносов, — и ни малейшему в ней не должно приписывать чуду». Многое уже сделано в области изучения строения ферментов, однако ученым предстоит еще большая работа. Раскрыть строение молекул многих еще не исследованных ферментов — одна из серьезных задач современной науки.

Как же устроены ферменты? Одни из них — белки, другие же имеют в составе своих молекул кроме белков микроэлементы: железо, марганец, медь, цинк, серу.

Микроэлементы не всегда входят в состав ферментов, являясь вместе с ними «рулевыми» удивительных превращений. Но многие из них усиливают действие ферментов, т. е. являются их активаторами. Это молибден, ванадий, цинк, кобальт и др.

Однако есть и такие химические соединения, которые ведут себя по-разному: в одних случаях помогают ферментам, в других, наоборот, мешают, т. е. ингибируют процесс. Например, цианиды почти полностью блокируют дыхательный фермент, но повышают активность катепсина и некоторых других ферментов.

В крови человека и животных, в клетках растений имеется фермент, в молекулах которого присутствуют атомы цинка — карбоангидраза. Это вещество ускоряет выделение углекислого газа из легких и тканей, тем самым облегчает дыхание.

Дыхательный фермент содержит железо. Если его не будет, человек или животное погибает от удушья. Так бывает при отравлении цианистым калием, Он соединяется с железом, и человек моментально задыхается.