Кислород. Молекула, изменившая мир: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Первая линия доказательств связана с эволюционным деревом. Сходство последовательностей генов 16 дыхательных белков можно использовать для построения дерева жизни, а затем совместить его с деревом, созданным по последовательности рибосомной РНК. Если гены дыхательных белков передавались за счет горизонтального переноса генов, родственные гены дыхательных белков можно обнаружить у видов с очень дальним родством. Иными словами, в этом случае пути эволюции генов дыхательных белков должны отличаться от путей эволюции организмов-хозяев — как история митохондриальных генов отличается от истории ядерных генов эукариот. Если же гены дыхательных белков не передавались путем горизонтального переноса, тогда эволюционные деревья, построенные на основе рибосомной РНК и генов дыхательных белков, должны совпадать. Тик оно и оказалось: эволюционные деревья проанализированных до сих пор генов дыхательных белков в основном соответствовали дереву, построенному на основе анализа рибосомной РНК. Это означает, что между бактериями и археями не происходило горизонтального переноса генов.

Вторая линия доказательств связана с более новыми метаболическими способностями, такими как фотосинтез. LUСА, судя по всему, не умел осуществлять фотосинтез. У архей не обнаружено никаких форм фотосинтеза, связанных с использованием хлорофилла. Так называемые галобактерии (семейство архей, обитающих в среде с высокой концентрацией соли) используют совершенно иную форму фотосинтеза, основанную на действии фоторецепторного пигмента бактериородопсина, напоминающего фоторецепторные пигменты наших глаз. У бактерий такая форма фотосинтеза неизвестна. Две формы фотосинтеза в бактериях и археях, по-видимому, эволюционировали независимым путем после отделения от LUCА. Если столь важные метаболические инновации, как фотосинтез, не передаются из одного домена в другой, вряд ли передаются другие формы дыхания. Таким образом, вид эволюционных деревьев не позволяет обнаружить следов обмена генами дыхательных белков между доменами.

Если обмен генами между бактериями и археями является редчайшим событием, значит, LUСА уже имел 16 генов дыхательных белков, которые затем были унаследованы различными линиями бактерий и архей. Поскольку эти гены кодируют белки, участвующие в производстве энергии из таких соединений, как нитриты, нитраты, сульфиты и сульфаты, LUCA, судя по всему, был достаточно сложным в метаболическом плане организмом. Последовательности одного из 16 генов обладают наиболее сильно выраженным сходством в клетках бактерий и архей, и именно этот ген Кастрезана и Сарасте использовали для создания портрета LUCA.

Этот ген кодирует метаболический фермент цитохромоксидазу, осуществляющий перенос электронов на молекулу кислорода (с образованием воды) на последней стадии дыхательной цепи. Если у LUСА была цитохромоксидаза, приходится заключить (хотя это, казалось бы, противоречит здравому смыслу), что аэробное дыхание появилось раньше фотосинтеза. Иными словами, LUCA имел возможность дышать до того, как в воздухе появился кислород! Кастрезана и Сарасте, несомненно, оценили значение этого открытия: «Доказательства того, что аэробное дыхание могло эволюционировать до выделения в атмосферу кислорода фотосинтезирующими организмами, противоречат тому, что сказано в учебниках».

Механизм восстановления кислорода при участии цитохромоксидазы — чудо наноинженерии. Фермент использует электроны, выделяющиеся при окислении глюкозы. Он поочередно передает четыре электрона и четыре протона на молекулу кислорода, в результате чего образуются две молекулы воды. Эта реакция противоположна реакции расщепления воды при фотосинтезе:

Реакция соединения водорода с кислородом — самая важная стадия процесса аэробного дыхания. Возможно, многие помнят демонстрацию этой реакции на уроке химии, поскольку она сопровождается взрывом. Как и во всех реакциях с участием кислорода, электроны передаются по одному. Поэтому сложнейшая задача цитохромоксидазы заключается в том, чтобы cобpать выделяющуюся энергию, но не допустить утечки свободных радикалов. И эта задача выполняется с высочайшей точностью. В митохондриях современных организмов цитохромоксидаза практически не выпускает свободных радикалов (все свободные радикалы ухитряются сбежать из других белковых комплексов электронтранспортной цепи). Благодаря способности впитывать весь кислород и превращать его в воду, не допуская выделения токсичных промежуточных продуктов, цитохромоксидазу можно считать мощнейшим антиоксидантом, не имеющим себе равных. Дополнительным преимуществом данного процесса является извлечение из молекулы глюкозы четырехкратного количества энергии по сравнению со всеми другими формами дыхания.

На протяжении многих лет эволюцию цитохромоксидазы связывали именно с ее антиоксидантным действием. Фермент изначально возник при повышении содержания кислорода в воздухе в результате фотосинтеза и только потом стал использоваться в качестве дыхательного фермента. Такой сценарий подтверждался наличием второй (несвязанной в эволюционном плане) формы цитохромоксидазы у некоторых протеобактерий, включая Еscherichia coli и Azotоbacter vinelandii. Вторая форма в сто раз менее избирательна по отношению к кислороду (она, в частности, не отличает кислород от таких молекул, как оксид азота NО), но работает намного активнее, очень быстро перерабатывая избыток кислорода. Более того, эта оксидаза включается только тогда, когда бактерия попадает в среду с высоким содержанием кислорода, где действует как пылесос, засасывая кислород и аналогичные молекулы.

Таким образом, активность цитохромоксидаз двух типов зависит от содержания кислорода в среде. Действительно очень похоже, что эти ферменты появились для защиты клеток от кислорода. В таком случае ревизионистская гипотеза Кастрезаны и Сарасте повисает в воздухе. Если у LUCA была цитохромоксидаза, она не могла возникнуть в ответ на повышение концентрации кислорода, которое произошло только через миллиард лет. Так как и зачем появился этот фермент? В главе 7 мы говорили о том, что озера и мелкие моря находились в состоянии окислительного стресса, вызванного ультрафиолетовым излучением, расщеплявшим воду с образованием свободных радикалов кислорода и пероксида водорода. Такие ферменты-антиоксиданты, как супероксиддисмутаза (СОД), найдены у представителей всех трех доменов жизни и, вполне вероятно, могли быть у LUCA. Возможно, цитохромоксидаза тоже возникла как средство защиты от ультрафиолетового излучения, а не в ответ на повышение концентрации кислорода в воздухе?

Точного ответа мы не знаем, но, скорее всего, это не так. Если бы данный фермент возник как антиоксидант для защиты от ультрафиолетового излучения, его функция в дыхательной цепи (накопление энергии от передачи электронов кислороду, а не только поглощение газообразного кислорода) эволюционировала бы позднее независимым путем в различных ветвях бактерий и архей. В таком случае эти группы клеток должны иметь разные механизмы накопления энергии. Однако механизмы чрезвычайно похожи и поэтому унаследованы от общего предка[52]. Таким образом, если исходно цитохромоксидаза возникла не как антиоксидант, значит, она была нужна для реализации ее теперешнего предназначения — получения энергии от передачи электронов на молекулу кислорода. Вам такой сценарий кажется более правдоподобным? Мы видели, что окислительный стресс без кислорода возможен, но можно ли представить себе кислородное дыхание без кислорода? Все зависит от того, что значит «без кислорода». Понятие «аноксические условия» (отсутствие кислорода) чрезвычайно расплывчатое и для геологов, зоологов и микробиологов имеет разное значение. Геологи называют «аэробной средой» такую среду, в которой содержание кислорода не ниже 18% современного содержания кислорода в атмосфере, а «дизаэробной средой» они называют среду с более низким содержанием кислорода. Среду с содержанием кислорода менее 1% геологи называют «азоической» или «аноксической». Зоологи говорят о «нормоксических» и «гипоксических» условиях: гипоксией называют такое содержание кислорода, при котором нарушается процесс дыхания, обычно это ниже 50% современного содержания кислорода в атмосфере. Микробиологи оперируют другими терминами, в частности, используют такой показатель, как точка Пастера — концентрация кислорода, при которой некоторые микроорганизмы переключаются с аэробного дыхания на брожение (обычно ниже 1% современного содержания кислорода в воздухе). Однако некоторые микробы дышат кислородом даже при его очень низком содержании в воздухе, ниже 0,1% нормального уровня. Такие условия — очевидно аноксические для геологов — вполне могли существовать на древней Земле, особенно в мелких водоемах за счет расщепления воды.

Удивительно, что некоторые современные микроорганизмы способны использовать кислород в еще более низкой концентрации. Например, некоторые виды протеобактерий живут в симбиозе с бобовыми растениями, поселяясь в их клубеньках. В обмен на кров и защиту они снабжают растения нитратами, которые синтезируют из азота воздуха. Активность нитрогеназы, катализирующей эту реакция, ингибируется кислородом даже в очень низкой концентрации. Бобовые растения и азотфиксирующие бактерии устроены таким образом, чтобы поддерживать минимальную концентрацию кислорода в клубеньках. Бактерии окружают себя толстым слоем слизи, препятствующей проникновению кислорода. Если этой защиты недостаточно, они активируют фермент, который быстро захватывает кислород, не производя энергии. Бобовые растения синтезируют родственный гемоглобину кислород-связывающий фермент леггемоглобин, регулирующий концентрацию свободного кислорода. Благодаря этим адаптациям уровень кислорода в клетках бактерий ниже 0,01% атмосферного уровня, так что кислород не мешает действию нитрогеназы.

Удивительно, что при всех этих адаптациях, призванных минимизировать концентрацию кислорода, некоторые азотфиксирующие бактерии, такие как Bradyrhizobium japonicum, являются аэробами. Их форма цитохромоксидазы, известная как FixN, отличается чрезвычайно высоким сродством к кислороду. Этот фермент — дальний родственник митохондриальной цитохромоксидазы; вероятно, обе формы произошли от общего предка. По некоторым данным, FixN функционально связана с леггемоглобином, который высвобождает связанный кислород только при очень низком содержании кислорода в среде. Таким образом, поддержание низкой концентрации кислорода достигается за счет нескольких механизмов, и весь кислород, которому удается прорваться через эту защиту, связывается леггемоглобином. При очень низкой концентрации кислорода (ниже 0,01%) леггемоглобин передает связанный кислород оксидазе FixN, использующей его для получения энергии в форме АТФ. Система в целом очень стабильна и направлена на регуляцию содержания кислорода, а не на его ликвидацию.

Система клубеньков — пример метаболизма при крайне низком содержании кислорода, но в целом практически то же самое происходит и в клетках человеческого тела. Наша очевидная зависимость от кислорода скрывает от нас тот факт, что клетки внутренних органов совсем не адаптированы к приему кислородных ванн. Развитие многоклеточных организмов, возможно, отчасти было вызвано необходимостью защищаться от кислорода, поскольку внутри организма концентрация кислорода ниже, чем снаружи. Нашу элегантную систему циркуляции крови, которую в первую очередь рассматривают в качестве системы распределения кислорода между индивидуальными клетками, вполне можно воспринимать как средство защиты от кислорода или по крайней мере контроля его содержания.

Давайте остановимся на этом чуть подробнее. Атмосферное давление сухого воздуха на уровне моря составляет около 760 мм рт. ст. Примерно 78% этого давления обеспечивает азот, а 21% — кислород. Таким образом, давление кислорода в атмосфере составляет около 160 мм рт. ст. В легких кислород связывается с гемоглобином, в большом количестве содержащимся в эритроцитах циркулирующей крови. В артериальной крови гемоглобин насыщен кислородом на 95%, и давление кислорода составляет около 100 мм рт. ст. По мере прохождения крови через органы и ткани гемоглобин отдает кислород, так что давление кислорода снижается и на уровне сердца составляет около 85 мм рт. ст., на уровне артериол — 70 мм рт. ст., и в сети капилляров — 50 мм рт. ст. Здесь гемоглобин насыщен кислородом примерно на 60 — 70%. Кислород отделяется от гемоглобина и диффундирует в клетки тканей по градиенту концентрации. Этот градиент постоянно поддерживается за счет выведения кислорода в процессе дыхания. В большинстве клеток давление кислорода составляет 1 — 10 мм рт. ст. Наконец, кислород попадает в митохондрии, где за счет интенсивного дыхания его содержание снижается еще больше. Давление кислорода внутри митохондрий обычно ниже 0,5 мм рт. ст., что эквивалентно 0,3% содержания кислорода в атмосфере, или 0,07% общего атмосферного давления. Таким образом, содержание кислорода в митохондриях почти такое же, как в гипотетических «аноксических» условиях на первозданной Земле. Не является ли это отголоском прошлого?

Можно также сравнить функции гемоглобина и родственных ему белков, включая мышечный белок миоглобин, в клубеньках бобовых растений и в клетках животных. После всего, что вы уже узнали из данной главы, вас не должно удивлять наличие похожего на гемоглобин белка (с очень близкой последовательностью) у археи Halobacterium salinarum, о чем в 2000 г. в журнале Nature сообщил Шаобин Хоу и его коллеги из Университета Гонолулу на Гавайях. Древнейшее происхождение гемоглобина и миоглобина уже никого не удивляет; аналогичные последовательности обнаружены и у бактерий. Но открытие Хоу показывает, что подобные молекулы могли существовать уже у LUCA.

Зачем LUСА или другим одноклеточным организмам нужен гемоглобин — белок, который переносит кислород в крови животных? Взгляните на проблему под другим углом, и все встанет на свои места: гемоглобин следует рассматривать не как переносчик кислорода, а как регулятор уровня кислорода. Именно такую функцию выполняет леггемоглобин в клубеньках бобовых растений — он поддерживает очень низкую внутриклеточную концентрацию кислорода, высвобождая кислород только по требованию. Так же работает миоглобин, ответственный за красный цвет мышц животных. Структура миоглобина похожа на структуру одной субъединицы гемоглобина, а его сродство к кислороду выше, чем сродство гемоглобина. Именно поэтому миоглобин может выводить кислород из кровотока и запасать его в мышцах. В мышцах китов и других глубоководных животных очень много миоглобина, связывающего большой объем кислорода, что позволяет животным часами находиться под водой. Однако уровень свободного кислорода в их мышцах постоянно остается низким.

Такая же система реализуется и в одноклеточных организмах. Их гемоглобиноподобные белки сначала запасают, а потом постепенно высвобождают кислород, поддерживая в клетках его низкую концентрацию, пригодную для дыхания. Именно эту регуляторную функцию подтверждает открытие Хоу и его коллег. Обнаруженная ими в клетках Halobacterium salinanim молекула действует в качестве кислородного датчика, позволяющего клетке определять уровень кислорода и перемещаться в зону его оптимальной концентрации. Некоторые бактерии тоже имеют аналогичные датчики. Общий знаменатель во всех этих механизмах — способность поддерживать внутриклеточную концентрацию кислорода на определенном уровне.

В таком ключе утверждение Кастрезаны и Сарасте о том, что LUCA мог дышать кислородом, приобретает смысл. Клеткам LUСА нужно было совсем немного кислорода, возможно, едва детектируемое количество, но они могли запасать его и использовать при необходимости. Если это так, многие потомки LUСА, по-видимому, потеряли способность применять кислород для производства энергии в связи с адаптацией к жизни в специфических условиях. Другие утратили возможность перерабатывать сульфиты или нитриты. Предки эукариот, очевидно, потеряли гены большинства белков дыхательной цепи, включая ген цитохромоксидазы, но затем получили некоторые из них обратно от пурпурныx бактерий, превратившихся в митохондрии. Изменившиеся до неузнаваемости обломки этих генов, наверное, по-прежнему составляют часть «мусорной» ДНК[53]. Самое удивительное заключается в том, что LUСА мог использовать кислород для получения энергии уже 4 млрд лет назад. Безусловно, эта клетка умела защищаться от кислорода и, возможно, использовала для этого гемоглобиноподобные белки и антиоксидантные ферменты, такие как СОД. В очередной раз, теперь уже с помощью генетических данных, мы доказали несостоятельность гипотезы о том, что антиоксиданты появились в ответ на увеличение концентрации кислорода в воздухе.

Конечно, это гипотетический сценарий, но он подтверждается интересными и согласованными доказательствами. Вывод о том, что LUСА имел гибкий метаболизм, позволяет разрешить ряд старых парадоксов, в частности эволюцию фотосинтеза, древнейшее происхождение гемоглобина и аэробного дыхания. Если основные тезисы нашего сценария верны, традиционные представления придется пересматривать практически полностью.

Итак, давайте кратко сформулируем базовые положения новой эволюционной схемы. LUСА жил в среде, сформированной под действием космического излучения. Гдe бы жизнь ни появилась изначально, LUCA должен был жить на поверхности океана, хотя бы какое-то время. Поскольку археи произошли от LUСА (а не наоборот), серные термофильные организмы не могли быть самыми первыми формами жизни, как считают некоторые. Напротив, если LUСА обладал гибким метаболизмом, он жил в изменяющемся мире, в том числе на поверхности океана.

Действие излучения на поверхность океана не привело к исчезновению всех форм жизни, как иногда пытаются изобразить. Путем расщепления воды с образованием свободных радикалов и пероксида водорода ультрафиолeтовые лучи обеспечили дополнительный источник энергии. Пероксид водорода — сравнительно устойчивое соединение, которое способно накапливаться в мелких водоемах, а затем расщепляться на воду и кислород. Клетки могли захватывать и запасать этот кислород с помощью гемоглобина. Затем кислород высвобождался для получения энергии при участии цитохромоксидазы. Гемовая группа, как в цитохромоксидазе и гемоглобине, могла стать основой эволюции химически родственных хлорофиллов, способных превращать энергию света в сахара с помощью вариантов дыхательных цепей[54].

Вероятно, первые фотосинтезирующие организмы расщепляли сероводород или соли железа, но по мере исчерпания этих ресурсов в результате окислительного стресса в изолированных водоемах им пришлось переходить на другие субстраты — пероксид водорода и воду. С появлением оксигенного фотосинтеза в атмосфере и в океанах начал накапливаться свободный кислород. Однако оптимальная для дыхания концентрация кислорода осталась практически такой же, какой она была в момент возникновения первых дыхательных ферментов. Даже сегодня человеческая цитохромоксидаза лучше всего функционирует при концентрации кислорода ниже 0,3% атмосферного уровня. И человеческое тело поддерживает концентрацию кислорода в митохондриях именно на этом уровне.

Такая версия событий позволяет сделать выводы, имеющие непосредственное отношение к новейшим результатам медицинских исследований oтносительно использования антиоксидантов. Постоянное несоответствие между концентрацией кислорода во внешней и во внутриклеточной среде является причиной многих заболеваний человека и разрешается на уровне индивидуальных клеток. Сохранение древнейшего антиоксидантного равновесия можно сравнить с сохранением солевого состава жидкостей организма, по-прежнему соответствующего составу морской воды, в которой возникли наши одноклеточные предки. (Дж. Б. С. Холдейн называл весь комплекс клеток человеческого тела «морским монстром».)

Поддержание антиоксидантного равновесия — обязательная функция клетки, предсказуемым образом изменяющейся при различных cпособах лечения. Некоторые молекулы (о них мы говорили в данной главе) выполняют антиоксидантную функцию. Каталаза расщепляет пероксид водорода с образованием кислорода, но без образования свободных радикалов. Гемоглобины и миоглобины связывают кислород и высвобождают его только тогда, когда его концентрация снижается до безопасного уровня. Цитохромоксидаза вычищает избыток кислорода, опять же не приводя к выделению свободных радикалов. Все эти реакции регулируют внутриклеточное содержание кислорода и тем самым препятствуют выделению свободных радикалов кислорода. Вполне логично предположить, что каталаза возникла и для того, чтобы производить кислород из пероксида водорода, и для того, чтобы снижать концентрацию токсичного кислорода. Гемоглобин тоже мог эволюционировать для связывания кислорода в те времена, когда этот газ был редким и ценным ресурсом. Цитохромоксидаза, по-видимому, эволюционировала как метаболический фермент, а не как антиоксидант. Их эволюционное прошлое неотделимо от их современной функции, но мы, к сожалению, ничего об этом не знаем.

Такая многофункциональность может объяснять странные несоответствия, связанные с самим словом «антиоксидант» и с представлением о том, чтo молекулы эволюционируют для какой-то одной цели. Mногиe так называемые антиоксиданты имеют несколько функций и задействованы в различных регуляторных механизмах в клетке. И поэтому антиоксиданты поддерживают концентрацию кислорода в клетке в каких-то физиологических пределах, а не просто устраняют свободные радикалы. Это очень важно. Часто пищевые добавки антиоксидантов принимают для устранения свободных радикалов, но это может повлиять на регуляторные механизмы в клетках. Таким образом, нельзя заниматься только изучением болезни как таковой, необходимо в эволюционной перспективе задаваться вопросом, почему дело обстоит именно так и что может произойти, если мы попытаемся вмешаться. В следующих двух главах мы увидим, насколько плотно антиоксиданты вплетены в механизмы жизнедеятельности клетки. Мы попробуем понять, как все вышесказанное может помочь нам повлиять на процессы старения и развития заболеваний.

Глава девятая. Парадокс. Витамин C и двуличье антиоксидантов

 Съедай по яблоку в день, и врач тебе не понадобится — гласит народная мудрость. Так ли это? И если так, то почему? Ответ на первый вопрос в наш просвещенный век формулируется просто: если в рацион питания ежедневно включать пять 80-граммовых порций овощей и фруктов, это позволяет снизить риск смерти от сердечного приступа, инсульта и некоторых видов рака, особенно дыхательной и пищеварительной системы. И этот фактор действует вне зависимости от других факторов или привычек, таких как курение, избыточный вес, повышенный уровень холестерина и артериального давления. Большинство людей регулярно съедают по три порции овощей и фруктов. В нескольких широких эпидемиологических исследованиях было показано, что повышение потребления этих продуктов до пяти порций в день может снизить риск развития рака на 20%, а риск сердечного приступа или инсульта — на 15%. Как однажды заметил Клемент Фрейд[55], люди, заботящиеся о своем здоровье, не только чувствуют себя лучше, но действительно живут дольше. В эпидемиологических исследованиях, продолжавшихся на протяжении 17 лет, было показано, что уровень смертности среди 11 тыс. человек, посещавших магазины здорового питания или магазины или клубы вегетарианцев, был в два раза ниже, чем в общей популяции. Это исследование было проведено врачами из Госпиталя Джона Рэдклиффа в Оксфорде и опубликовано в British Medical Journal, а не в каком-нибудь популярном журнале для сторонников здорового образа жизни. Даже с учетом всех методологических сложностей в проведении подобных исследований и моей собственной нелюбви к фруктам приходится признать, что богатая овощами и фруктами диета полезна для здоровья. Трудность заключается в том, чтобы убедить детей и взрослых, особенно жителей севера Европы и США, соответствующим образом изменить рацион питания.

Польза овощей и фруктов не вызывает сомнения, однако эпидемиология питания со всеми связями и корреляциями имеет два измерения. Чтобы разобраться в проблеме, нужно ответить на вопрос «почему?», а это интереснее и сложнее. Ясно, что фрукты и овощи полезны, но это все, что нам известно. Глубину нашего невежества выразили Джон Гаттридж и Барри Холлиуэлл: «Двадцать лет исследований в области диетологии подвели нас к тому, что в „развитых“ странах путь к здоровому образу жизни проходит через употребление большего количества растительной пищи, что было известно уже Гиппократу. Только мы по-прежнему не знаем почему».

Если любого из нас попросят объяснить это наблюдение, я думаю, большинство людей станут рассуждать о витамине C, антиоксидантах и т. п. Реальность, конечно же, гораздо сложнее. Оздоровительный эффект сотен, если не тысяч, биологически активных веществ, выделенных из овощей и фруктов, так и не был окончательно подтвержден. Учитывая невероятное количество разнообразных данных, не приходится удивляться, что мы возвращаемся к нескольким давно известным витаминам, которые действительно заменяют потребление многих других веществ. Хороший пример — исследование Кей-Ти Кхау и ее группы в Кембридже. Результаты были опубликованы в медицинском журнале The Lancet в 2001 г., а затем широко и неверно истолкованы прессой: потребление витамина С продлевает жизнь. На самом же деле, в работе было показано, что риск смерти от различных причин выше у людей с низким уровнем витамина С в плазме крови. Напротив, за время исследований люди с высоким уровнем витамина С в плазме умирали реже. Люди с самым высоким уровнем витамина С умирали вдвое реже, чем люди с самым низким показателем. Кхау и ее соавторы подчеркивали, что не обнаружили связи между приемом добавок витамина С и смертностью. Скорее, наблюдалась связь с общим рационом питания. Авторы не пытались установить количество витамина С и других веществ в каждой порции еды (не из-за лени: постановка специфического вопроса позволяет отсечь несущественные детали). Например, они не измеряли уровень витамина Е или бета-каротина. Если бы их определяли, наверняка нашли бы аналогичную корреляцию, поскольку во фруктах содержится множество различных антиоксидантов. Однако это не означает, что именно они отвечают за снижение уровня смертности. А потому в данном исследовании уровень витамина С в плазме был просто неким усредненным показателем, отражавшим общее потребление фруктов. А о роли самого витамина С нам по-прежнему мало что известно.

Поскольку витамин С, с одной стороны, всем знаком, а с другой стороны, по-прежнему остается загадкой, мы начнем обсуждение функции антиоксидантов именно с него. Часто витамин С называют просто водорастворимым антиоксидантом, но на этом примере можно показать, насколько сложно описать действие антиоксиданта. Вот слова Тома Кирквуда, занимающегося проблемами старения в Университете Ньюкасла, которые он произнес на ритовской лекции[56] службы Би-би-си в 2001 г.:

Описание Кирквуда нельзя назвать неправильным, но оно одностороннее. Эта замечательная простота является источником множества проблем. Да, молекулярная функция витамина С так же проста и однообразна, как подбрасывание монеты, вот только действие оказывается чрезвычайно разнообразным, непредсказуемым и в значительной степени зависит от среды, в которой действует витамин. Как монета может повернуться двумя сторонами, так и витамин С может, с одной стороны, защитить от болезни, с другой стороны, убить опухоль или самого человека. Мне нравится образное высказывание по этому поводу химика и диетолога Уильяма Портера, нехарактерное для научного журнала:

[52] Это проверяемая гипотеза, но на момент написания книги у нас нет окончательного подтверждения ее справедливости или ошибочности. Все истинные цитохромоксидазы получают энергию от кислорода путем перекачивания протонов через мембраны. Градиент протонов используется для производства молекул АТФ. Создание градиента протонов  и его превращение в химическую энергию в форме АТФ называют хемиосмотическим сопряжением, и это процесс является универсальным для большинства способов дыхания, как и фотосинтез — еще один пример фундаментальной универсальности жизни. Если выяснится, что цитохромоксидазы бактерий и архей пользуются одинаковыми механизмами перекачивания протонов, это подтвердит наличие дыхательной функции у их общего предка. Напротив, если детали этого механизма в двух доменах жизни различаются, следовательно, цитохромоксидаза возникла в клетках LUCA для решения другой задачи, например для защиты от кислорода или денитрификации (превращения нитратов в азот), а позднее была адаптирована для дыхания в клетках бактерий и архей независимым образом. Имеющиеся на настоящий момент данные позволяют предположить, что цитохромоксидаза перекачивает протоны в клетках бактерий и архей по одному и тому же механизму, так что, вероятно, LUCA использовал этот фермент для этой же цели.

[53] Гены, вышедшие из употребления позднее, все еще можно  узнать, поскольку за более короткий отрезок времени их последовательности меньше изменились. Благодаря определению полной нуклеотидной последовательности генома человека мы узнали, какое множество генов было утеряно. Хороший пример — восприятие запаха. Когда-то у наших предков было 900 обонятельных генов, но 60% оказались «испорчены» (на их основе не может синтезироваться функциональный белок). Когда наши предки приматы стали лазать по деревьям, зрение стало играть более важную роль в борьбе за выживание, чем обоняние, так что многие обонятельные гены оказались ненужными и разрушились.

[54] О сходстве механизмов реакций цитохромоксидазы и кислород-выделяющего комплекса писали, в частности, Kypтис Хогансон и его коллеги из Университета Мичигана (см. список литературы в конце книги).

[55] Клемент Фрейд (1924 — 2009) — британский писатель и общественный деятель, ресторатор; внук Зигмунда Фрейда. — Примеч. пер.

[56] Ежегодный цикл лекций на радио BBC на политические, экономические, научные или другие темы, которые читают видные политические и общественные деятели или ученые; названы в честь первого директора BBC лорда Рита. — Примеч. пер.