Кисло-сладкий мир

Раковины моллюска с кислотным истончением (показано красным цветом). Фото Physorg

Есть в разных языках привычные выражения, в которых одно слово является переводом второго. Например, термин «уксусная кислота». В латыни ее название acetum, то есть что-то острое. Из курса химии мы знаем, что уксус называется «ацетат». Отсюда же и термин «ацидификация», или закисление, нечто противоположное защелачиванию. Определяются эти состояния показателем рН – концентрация водородных ионов (протонов, р+). Чем меньше рН, тем кислее среда. В желудке мы имеем дело с ацидификацией, вызванной потреблением соли (NaCl), дающей соляную кислоту HCl. Она необходима для уничтожения попадающих в пищевод патогенов, а также перевода ферментов в активное состояние. Лакмусовая бумажка, однако, меняет свой цвет с красного (кислого) на синий (щелочной) в 12-перстной кишке…

Миллиарды тонн углекислого газа (СО2), выбрасываемого в атмосферу, превращаются при соединении с водой в угольную кислоту, закисляющую Мировой океан, что пагубно сказывается на океанической флоре и фауне. Обитателям Мирового океана уже приходилось сталкиваться с чем-то подобным, когда океанические воды обогатились несметными количествами растворенного СО₂, который удалось нейтрализовать с помощью щелочного кальция. Отложения его в виде мела (CaCO₃) и создали Туманный Альбион с его белыми утесами, обращенными в сторону Континентальной Европы.

Сегодня сенсорами повышенной кислотности стали спиральные раковины живущих в океане моллюсков. Они чувствительнее к повышению уровня протонов, нежели двустворчатые (морские устрицы и двузубки наших рек). Закисление океанов пагубно влияет и на микробные сообщества, живущие на поверхности пластика, загрязняющего воды. Тем самым, по мнению экспертов, замедляется самоочищение гидросферы планеты от бутылок, пакетов и пластиковой тары.

На совсем другом – молекулярном – уровне работали в Университете Дж. Гопкинса (США). Там с помощью криоэлектронного микроскопа рассмотрели 3D-строение клеточного рН-сенсора с каналом для проведения ионов хлора. Этот канал активируется с возрастанием концентрации протонов (РАС). Хлор очень важен для организма, и при мутации его «ректификатора» развивается кистозный фиброз, называемый также муковисцидозом.

При возрастании кислотности с рН8 до рН4 аминокислота гистидин переходит в открывающийся «карман»-pocket, преодолевая расстояние в пять ангстрем (0,5 нанометра). Наличие аниона (отрицательно заряженного иона) хлора определяется аминокислотой лизином. Замена ее на глютаминовую кислоту ведет к переключению сенсора на катион (положительно заряженный ион), например ион кальция. Кальций и глютаминовая кислота возбуждают нейроны, подавление активности которых проявляется как депрессия.

Нервные и психические расстройства развиваются на фоне нарушений в синапсах – точках контактов между нейронами. Одна из причин – микробы, выделяющие нейротоксины. Например, анаэробный клостридиум (Clostridium) выделяет токсины, определяющие картину ботулизма и столбняка.

Молекулы белковых токсинов расщепляют белки синапсов и, в частности, синаптобревин (от brevis – короткий). Этот протеин как бы скрепляет синапсы, обеспечивая прохождение нервных импульсов. Обучение и формирование на его основе памяти на молекулярном уровне проявляются как увеличение синаптической плотности. И это хорошо отслеживается под электронным микроскопом.

Остается ждать новых лекарств, призванных облегчать поражение синапсов, необходимых для движения и поддержания нервного и психического здоровья.