Как клетки адаптируются к изменениям концентрации кислорода?

Наука и жизньНаука

Клеточное чувство кислорода

Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена Уильяму Кэлину-младшему (США), Питеру Рэтклиффу (Великобритания) и Греггу Семензе (США) за открытие механизмов, посредством которых клетки адаптируются к изменениям концентрации кислорода

Кирилл Стасевич

Нынешняя Нобелевская премия по физиологии и медицине кажется на редкость понятной: её дали исследователям, которые описали, как клетки реагируют на недостаток кислорода. Нам ли не знать, что такое нехватка кислорода: достаточно пробежать на скорость сотню метров, чтобы почувствовать это каждой клеточкой тела. Но, как обычно в природе бывает, давно знакомое и всем привычное оказывается довольно сложным, стоит только присмотреться к нему повнимательнее.

Кислород нужен человеку и животным для того, чтобы получать энергию. Энергия необходима клеткам, чтобы синтезировать белки, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы, чтобы строить внутриклеточные органеллы, чтобы размножаться и жить. Энергию мы получаем из пищи — из углеводов, жиров, белков. Клетки расщепляют их до более простых соединений, и в конце концов питательные вещества оказываются в митохондриях — клеточных органеллах, где окисляются кислородом. Эти окислительные реакции называются клеточным дыханием. (Немецкий биохимик Отто Варбург, который изучал ферменты клеточного дыхания, получил за свои исследования Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1931 году.) Энергия, высвобождаемая при окислении, запасается в химических связях макроэргических молекул, в первую очередь в связях аденозинтрифосфата (АТФ). Макроэргические химические связи легко разорвать, направив высвободившуюся энергию на нужный процесс. То есть кислород нужен для того, чтобы обеспечить клетки энергией в доступной форме. Конечно, есть и другие биохимические процессы, которые не могли бы идти без кислорода, но энергетические реакции в митохондриях среди них самые главные — по крайней мере в клетках животных. И раз кислород настолько важен, должны быть механизмы, которые позволяли бы следить за его концентрацией и помогали бы организму как-то приспосабливаться, если кислорода вдруг начинает не хватать.

Дефицит кислорода обычно ассоциируется с экстремальными условиями, например с подъёмом высоко в горы. Но на самом деле содержание кислорода меняется постоянно в разных тканях в зависимости от того, как работают их клетки. Если клетка усердно трудится, то и кислорода она будет потреблять много. Самый простой пример — тяжёлая физическая работа, ведь при мышечных усилиях тоже тратится энергия. При физических нагрузках требуется, с одной стороны, быстро отрегулировать метаболизм, чтобы не дать клетке умереть от недостатка энергии (то есть нужно «прикрутить» энергоёмкие процессы), а с другой стороны, по возможности усилить приток кислорода. И мы все хорошо знаем, каким способом тело усиливает приток кислорода к тканям: учащённым дыханием. За исследования этого механизма, кстати, тоже дали Нобелевскую премию: в 1938 году, бельгийскому физиологу Корнею Хеймансу. Он вместе с коллегами показал, как недостаток кислорода в крови действует на рецепторы в сонных артериях и как сигнал от рецепторов, названных каротидными тельцами, идёт по нервам в мозг, а мозг уже стимулирует дыхание.

Но одним учащением дыхания не обойтись. Чтобы донести кислород из лёгких в ткани, требуются гемоглобин и эритроциты. О том, что уровень эритроцитов в крови зависит от некоего гормона, физиологи говорили ещё в начале XX века. Гормон получил название «эритропоэтин». Удалось выяснить, что он синтезируется специальными клетками почек (позднее установили, что это происходит также в печени и мозге) и стимулирует формирование эритроцитов в костном мозге. К середине 80-х годов XX века удалось экспериментально показать, что гипоксия стимулирует ген эритропоэтина в клетках почек.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Ее светлость Ее светлость

Эрика проделала длинный путь из закарпатской деревушки до этой волнующей обложки

Maxim
Андрей Тарковский-младший: «Я жил в том мире, который создавал мой отец» Андрей Тарковский-младший: «Я жил в том мире, который создавал мой отец»

Андрей Тарковский-младший о своём отце - знаменитом режиссере Андрее Торковском

Эксперт
Идеи, теории и полимеры Идеи, теории и полимеры

А. А. Берлин — один из создателей научной школы по химической физике полимеров

Наука и жизнь
Они это серьезно? Главные “Шнобелевки“ 2019 года Они это серьезно? Главные “Шнобелевки“ 2019 года

Работы, которые «заставляют сперва рассмеяться, а потом – задуматься»

Популярная механика
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Инвестпортфель на старость: как накопить на пенсию без участия государства Инвестпортфель на старость: как накопить на пенсию без участия государства

Как инвестировать, чтобы накопить себе на пенсию самостоятельно?

Forbes
Философский камень, или немного sapientia ex cupro Философский камень, или немного sapientia ex cupro

Идеи вечной жизни, молодости и излечения от всех болезней не умерли

Наука и жизнь
Вершина класса Вершина класса

Тест-драйв Volkswagen Golf

Популярная механика
Борьба с «врагами народа» Борьба с «врагами народа»

От древнеримских проскрипций до наших дней

Наука и жизнь
Вернуть Лондон в Россию Вернуть Лондон в Россию

Ужесточение фискальной политики привело к возврату беглых капиталов в страну

Эксперт
Вселенная известная и неизвестная Вселенная известная и неизвестная

Некоторые вопросы об устройстве Вселенной уже имеют ответы

Наука и жизнь
Искусство обмана: как научиться изощренно манипулировать людьми Искусство обмана: как научиться изощренно манипулировать людьми

Как распознавать манипуляции?

Forbes
Эволюция вселенной и открытие первой экзопланеты Эволюция вселенной и открытие первой экзопланеты

Нобелевский комитет обратил свой взор на работы, связанные с глубинами Вселенной

Наука и жизнь
10 арктических машин 10 арктических машин

Десять достойных упоминания арктических вездеходов

Популярная механика
Элио Гуариско: «Когда мы практикуем йогу, у нас должно быть понимание присутствия» Элио Гуариско: «Когда мы практикуем йогу, у нас должно быть понимание присутствия»

Элио Гуариско — о том, как практикует йогу и что главное в тибетских текстах

Yoga Journal
«Бомба для корейцев»: как концертный директор Децла открыл крабовый ресторан во Владивостоке «Бомба для корейцев»: как концертный директор Децла открыл крабовый ресторан во Владивостоке

Forbes поговорил с молодым предпринимателем из Владивостока Павлом Беленцом

Forbes
Пожиратели бюджетов Пожиратели бюджетов

Почему иногда строить дороги не нужно

Forbes
Тина Тина

Женщина-огонь — роль, с которой она бы прекрасно справилась

Elle
Chery Tiggo 4. Вишенка, торт и немного дёгтя Chery Tiggo 4. Вишенка, торт и немного дёгтя

Надо сказать, Tiggo 4 очень красив в статике

4x4 Club
Без лишней скромности Без лишней скромности

В мире, где все помешались на онлайн-шопинге, Изабель Маран идёт против течения

Vogue
Что общего между гвоздём и Парижем? Что общего между гвоздём и Парижем?

Откуда появились выражение «гвоздя не хватило»?

Наука и жизнь
Саша Гудков: «Дальше за нами придет церковь» Саша Гудков: «Дальше за нами придет церковь»

Интервью с участниками коллектива «Чикен Карри»

GQ
Невидимая домашняя работа: как вы распределяете нагрузки в семье? Невидимая домашняя работа: как вы распределяете нагрузки в семье?

Какие когнитивные задачи стоят перед семьей

Psychologies
Чтение выходного дня: отрывок из новой книги экономиста Адама Туза о том, как десятилетие экономических кризисов сделало наш мир таким, какой он есть Чтение выходного дня: отрывок из новой книги экономиста Адама Туза о том, как десятилетие экономических кризисов сделало наш мир таким, какой он есть

Как экономические кризисы изменили наш мир и при чем тут Трамп

Esquire
«Мама, я это не ем!»: пищевая неофобия у детей «Мама, я это не ем!»: пищевая неофобия у детей

Как убедить ребенка попробовать новое?

Psychologies
Ретушь в 20 веке: как раньше актрисы увеличивали глаза и убирали несовершенства Ретушь в 20 веке: как раньше актрисы увеличивали глаза и убирали несовершенства

Как меняли свой облик актрисы 100 лет назад?

Cosmopolitan
От «Паразитов» до «Лобстера»: 10 главных фильмов о (не)справедливости От «Паразитов» до «Лобстера»: 10 главных фильмов о (не)справедливости

Самая справедливая подборка фильмов от Forbes Life

Forbes
Как сейчас живут дети Куравлева, Светличной и других звезд советского кино Как сейчас живут дети Куравлева, Светличной и других звезд советского кино

Как сложились судьбы тех, для кого советские звёзды были просто мамой и папой

Cosmopolitan
Как на витрине: три проблемы онлайн-знакомств Как на витрине: три проблемы онлайн-знакомств

Мы все чаще знакомимся онлайн, выбирая партнера прямо на экране смартфона

Psychologies
Царь Иоанн Грозный показывает свои сокровища английскому послу Горсею Царь Иоанн Грозный показывает свои сокровища английскому послу Горсею

Картина Александра Литовченко изображает богатство русского царя Ивана Грозного

Дилетант
Открыть в приложении