Кровь человека и атомная война

Лайнус Полинг

Кровь человека и атомная война

Вот уже 35 лет я работаю над химическими проблемами, главным образом связанными со строением молекул. Как объяснить, что атомы, соединяясь друг с другом, образуют различные молекулы? Сахар, например, состоит из углерода, водорода и кислорода. Есть много других веществ, состоящих из атомов углерода, водорода и кислорода, и все эти вещества обладают различными свойствами, так как атомы соединяются разными путями. Как химик, изучающий строение веществ, я пытался узнать возможно больше о том, как соединены различные атомы.

Благодаря великим открытиям, которые сделаны в области физики за последние пятьдесят лет, стало возможным изучать эту проблему успешно, и теперь химики знают точное атомное и молекулярное строение сотен тысяч различных веществ.

Вещества, молекулярное строение которых уже определено, в основном простые. Одно из самых сложных — пенициллин, лекарство, которое имеет 42 атома в молекуле. Полную молекулярную структуру молекулы пенициллина определила несколько лет назад английская исследовательнице миссис Хатчком — одна из величайших ученых в этой области. Она сумела определить место каждого из атомов, и поэтому нам сейчас известна связь между химическим строением и некоторыми свойствами пенициллина.

Теперь мы можем спросить: а как дело обстоит с человеком? Каково его молекулярное строение? Эта проблема кажется невероятно трудной для исследования, однако химики начали ее изучать. Человеческий организм состоит из тысяч различных типов простых молекул и тысяч различных типов очень сложных молекул. Например, красный цвет крови объясняется присутствием одного из протеинов — гемоглобина. Внутри красных клеток крови заключены мириады молекул гемоглобина. Они содержат четыре атома железа. Вот эти атомы железа и соседние с ними атомы и сообщают гемоглобину его красный цвет.

Но в этой молекуле много других атомов — углерода, водорода, кислорода, азота. Всего молекула гемоглобина содержит около 10 тысяч атомов. Это делает молекулу гемоглобина настолько сложной, что представляется крайне затруднительным определить ее молекулярное строение. Однако ученые многих стран мира все же пытаются сделать это.

Но и не зная молекулярного строения гемоглобина, мы все-таки можем рассказать о нем кое-что интересное. Существует, например, болезнь серпоклеточная анемия, или, иначе, малокровие с серповидными эритроцитами. Это одна из разновидностей анемии, которая переходит по наследству от родителей к их детям и которая, как выяснилось, вызывается анормальными молекулами гемоглобина.

Открытие это было сделано в нашей лаборатории в Пасадине около восьми лет назад.

Восемь лет назад ни одна болезнь еще не объяснялась, как заболевание молекулярное. Малокровие с серповидными эритроцитами — это болезнь, при которой эритроциты — красные тельца крови — меняют свою форму. Они становятся длинными, вытянутыми или иногда изогнутыми наподобие серпа. Болезнь эта была обнаружена около сорока лет назад и при этом было отмечено, что красные кровяные тельца поменяют свою форму только в венах, где гемоглобин лишен кислорода. Поэтому предположили, что возникновение этой болезни связано с характером гемоглобина.

Молодой исследователь нашей лаборатории, доктор Харвей Итоно, который незадолго перед этим получил степень доктора, приступил к исследованию этой болезни. Он сумел показать, что гемоглобин в красных кровяных тельцах пациентов, страдающих анемией, непохож на тот, который находится в красных кровяных тельцах здоровых людей: молекулы его слипаются вместе в длинные палочки, которые затем соединяются одна с другой и образуют кристалл. Со временем кристалл удлиняется и становится даже длиннее, чем само красное кровяное тельце. Этим и вызывается изменение его формы. Эти видоизменившиеся красные кровяные тельца разрушаются селезенкой быстрее, чем вырабатываются организмом, и в результате человек умирает от малокровия.

Доктор Итоно провел простой эксперимент. Он поместил некоторое количество гемоглобина в середину маленького сосуда (в форме кормушки для животных), который содержал соляный раствор, а на обоих концах сосуда укрепил электроды. Когда в сосуд помещали нормальный гемоглобин, он двигался под влиянием электрического поля к положительно заряженному электроду. Это показывало, что молекулы имеют отрицательный электрический заряд. Но когда поместили в тот же сосуд гемоглобин больных людей, он стал двигаться в противоположном направлении — к отрицательно заряженному электроду. Значит, эти молекулы гемоглобина имели положительный электрический заряд. Разница между электрическим зарядом двух видов гемоглобина составляет приблизительно три электронных соединения. Этот эксперимент совершенно ясно и определенно показал, что у больных этой болезнью вырабатывается анормальный гемоглобин. Появление этого анормального гемоглобина зависит от ген.

Гены — это молекулы, определяющие наследственность. Каждый новорожденный наследует несколько тысяч ген от своих родителей. Мы не знаем точно, в чем заключается процесс, но гены каким-то образом вырабатывают молекулы различного рода, и от этого зависит, какой рождается ребенок. Именно поэтому ребенок похож на своего отца и на свою мать.

И вот, когда доктор Итоно взял кровь отца больного ребенка и поместил ее в аппарат, он обнаружил, что его гемоглобин разделяется на две части. Одна часть его двигалась в направлении, в котором движется нормальный гемоглобин, другая — в обратном, по пути анормального гемоглобина. У отца, а также у матери вырабатывалось два вида гемоглобина, у них в клетках крови было поровну обоих видов гемоглобина. Известно, что в таком случае каждый из них имеет один нормальный ген, вырабатывающий нормальный гемоглобин, и один анормальный ген, вырабатывающий гемоглобин анормальный.

Когда двое таких людей женятся, то половина их детей унаследует один нормальный ген от одного из родителей и один анормальный ген — от другого, и они будут здоровыми, как их родители. У них не возникнет заболевания, даже если они вырабатывают некоторое количество анормальных молекул. Четвертая часть детей, согласно теории наследственности, унаследует два анормальных гена — один анормальный ген от отца и один анормальный ген от матери. Они будут вырабатывать только анормальный гемоглобин, и у них появится это серьезное заболевание — малокровие с серповидными эритроцитами.

С течением времени мы обнаружили в нашей лаборатории в Пасадине несколько других видов анормального гемоглобина, связанных с некоторыми другими заболеваниями, — различными типами наследственной гемолитической анемии.

Я считаю, что сейчас настало время, когда у нас появляются все более глубокие познания в области определения болезни с точки зрения молекулярной — основанной на наших знаниях о молекулах, составляющих человеческий организм. Я считаю, что медицина подходит сейчас к той ступени, когда она превратится в истинную науку, такую, как химия и физика. Я думаю, что следующие пятьдесят лет будут настоящим золотым веком для биологии и медицины, так же как последние пятьдесят лет были золотым веком для физики и химии.