Техника - молодёжи 1960-04, страница 43

ГИПОТЕЗЫ, ГИПОТЕЗЫ, ГИПОТЕЗЫ...

НИКОГДА, вероятно, вам не приходило в голову сравнивать муравья с... трактором-тягачом. Да разве можно сравнивать работу маленького насекомого с работой могучей стальной машины!

Но если сопоставить их усилия по перемещению тяжестей, то победу а этом «соревновании» одержит муравей. Он может поднимать и переносить груз в сто раз больший, чем его собственный вес. А трактор не сдвинет с места машины, которая всего лишь в несколько раз тяжелее его самого.

Естественно, возникает вопрос: в чем же источник силы муравья, какой мощный «двигатель» скрыт в миниатюрном членистом тельце? И откуда этот «двигатель» берет энергию?

Получить ответ на подобные вопросы необходимо. Необходимо не только для того, чтобы проникнуть в «тайну живого», но и для того, чтобы научиться подчинять своей воле энергию живой ткани, научиться управлять ею.

Оказывается, совершенная машина работает а живом организме. В таком двигателе нет ни валов, ни колес, он на первый взгляд очень прост: это мышца — длинное эластичное волокно, состоящее из отдельных волоконец. Она-то и способна производить колоссальную работу.

Вот самый обычный пример: если человек, весящий 70 кг, стоя на одной ноге, поднимется на цыпочки, то икроножная мышца разовьет силу в 420 кг. Если бы человеку пришлось на руках держать еще 70 кг груза, то мышца развила бы силу не меньше тонны. Но откуда же берется гигантская сила мускулов? Ученые не сомневаются— она возникает при сокращении мышечных волокон. Поэтому внимательному анализу подверглась мышца.

Вся энАргия, которая вырабатывается • клетках организма за счет использования питательных веществ, идет на мускульное сокращение, синтез новых клеток и на согревание тела. Очень характерно процентное соотношение распределения энергии: только 5—15% ее превращается в тепло, остальные 85—95% тратятся на синтез клеток и, главное, на мышечную работу.

Установлено, что мышца состоит ■ основном из белков, что сократимой частью волокна является белковая молекулярная цепь и что в сокращении принимают участие два белка: актин и миозин. Мышечное волокно «упаковано» в прочную и гладкую оболочку и поэтому может двигаться относительно соседних тканей с минимальным трением.

Сведений не мало, однако английский биохимик Сен-Джоржи не удер-

Н а вкладке: вверху — конструкцию, похожую на устройство этого браслета для часов, обнаружили исследователи в мышце под электронным микроскопом. В середин е—схема мышечного волокна: макромолекулы миозина располагаются между макромолекулами актина и стягивают их в момент сокращения мышцы. Внизу: схемы срезов мышечного волокна, как они видны в электронном микроскопе.

жался от горького замечания: «Чем больше мы узнаем о мышце, тем меньше понимаем, как она работает. Скоро мы будем знать все, но не понимать ничего».

До сих пор не ясна картина механизма сокращений. Одни ученые предполагают, что в результате каких-то причин рвутся «мостики», связывающие

Много лет назад биохимики спорили о том, отчего сокращается мышца.

И вот спор привел к выдающемуся открытию, сделанному советским академиком В. А. Энгельгардтом и М. Н. Любимовой. Ученым давно было известно, что огромное значение в жизни организма имеет фосфор. Органический фосфор — постоянный ком-

НА ОЧЕРЕДИ-

В. КЛИМОВА П РОБЛ ЕМА

Рис. С. НАУМОВА МЫШЦЫ

цепочки молекул между собой. Известно, что молекулы находятся в постоянном тепловом движении. И теперь, когда цепочки «почувствовали свободу», они занимают «удобное» им положение, растягиваясь в бока. Мышечное волокно при этом сокращается. Когда же мостики снова выравнивают строй молекулярных цепочек, мышца расслабляется. Это так называемый термодинамический механизм сокращения.

Другие ученые считают, что сокращение происходит за счет структурных изменений в молекуле белка. Удлиненные молекулы, перестраивая свою форму, могут сжиматься, хотя обьем их при сжатии остается прежним. Такой механизм — структурн о-х и м и-ч е с к и й.

Третьи же утверждают: все дело в электростатическом механизме сокращения мускула. Рабочее вещество мышцы, белок миозин — высокомолекулярное соединение. А молекулы таких соединений скручены и напоминают спиральную пружину. По всей длине пружины из миозина закреплены положительно и отрицательно заряженные ионы. Если ионы в молекуле заряжены попеременно — положительный, отрицательный, то они будут притягиваться друг к другу. В этот момент молекула сокращается. Если изменить порядок ионов, оставив только положительные или только отрицательные, то они будут отталкиваться друг от друга: молекула в этот момент растягивается.

Совсем недавно английский биохимик X. Хаксли опубликовал работы об электронно-микроскопических наблюдениях мышцы. В них он говорит, что мышечные волокна «скользят» одно относительно другого. «Скольжение» напоминает действие двух гребенок, когда зубья одной из них входят между зубьями другой. Ни один из предполагаемых механизмов сокращения не объясняет «скольжения» волокон.

ОТКУДА БЕРЕТСЯ ЭНЕРГИЯ

Очень важно знать, как работает мышца. Но не менее важно и то, откуда берет она энергию, какое «топливо» приводит ее в движение.

понент всех тканей. Его кислоты и соли принимают непосредственное и активное участие в работе организма. В тридцатые годы было выделено из живой ткани новое фосфорное соединение: аденоэинтрифосфориая кислота — АТФ. При изучении АТФ оказалось, что там, где связываются группы атомов кислорода и фосфора, спрятаны «кладовые» энергии. Стоит только разрушить макроэнергетические связи, как назвал их академик Энгельгардт, энергия из «кладовых» поступает в живые клетки.

В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова проделали необычайно точный и сложный опыт, признанный учеными одним из удивительнейших в истории биохимии, хотя на первый взгляд он может показаться чрезвычайно простым. Тоненькую ниточку миозина, с величайшими трудностями полученного в чистом виде, подвесили на рычажке в банке со слабым раствором хлористого калия. Затем в раствор добавили каплю АТФ. Произошло чудо: длина ниточки тотчас же увеличилась. Стали повторять опыт, вводили другие вещества. Ниточка миозина не изменяла своей величины. Советские ученые доказали, что при действии миозина на АТФ происходит расщепление молекул этой кислоты. При реакции выделяется свободная энергия, которая преобразуется в работу — движение миоэи-новой нити.

Так советские исследователи показали, что энергию для работы дает АТФ— чудесное «топливо» биодвигателя.

Но работы наших ученых интересны не только этим. Они доказали, что ферментом — ускорителем реакции расщепления АТФ — всегда служит способный к сокращению белок.

За этими опытами последовали опыты многих ученых. И выводы Энгельгардта и Любимовой всякий раз подтверждались.

ЧТО ПОКАЗАЛА ЭЛЕКТРОННАЯ

МИКРОСКОПИЯ!

Шли годы. Но, к великому своему огорчению, ученые ничего не могли сказать нового о мышце. И вот на наших глазах произошел необыкновенный скачок, который в биологии можно сравнить, пожалуй, с тем, что совер

37