Дейтерий и эволюция
Дейтерий и эволюция
Новенькая статья — 2010 год
Набросок на обложке. Догадка “Огромного взрыва” подразумевает образование Вселенной более 10 млрд лет тому вспять из нескончаемо малой точки со сверхкритической плотностью.
О.В. Мосин
ДЕЙТЕРИЙ, ТЯЖЁЛАЯ ВОДА, ЭВОЛЮЦИЯ И ЖИЗНЬ
Вселенная, образовавшаяся в итоге “Огромного взрыва” несколько 10-ов млрд лет тому вспять, была существенно горячее и плотнее, чем на данный момент и состояла, в главном, из 1-го элемента – водорода. Дейтерий сформировался в следующие мгновения эволюции Вселенной в итоге столкновения свободного нейтрона и протона при температурах миллион градусов Цельсия. А ещё позднее два атома дейтерия вошли в состав ядра гелия, который состоит из 2-ух протонов и 2-ух нейтронов. Таким макаром, дейтерий может служить типичным индикатором эволюции Вселенной, так как количество дейтерия в мире повсевременно. Прямо до реального времени числилось, что в процессе формирования гелия израсходовался практически все атомы дейтерий, и только 10 тыщ атомов дейтерия остались неизрасходованными. Исходя из этого количества дейтерия в мире, природная распространённость дейтерия составляла по расчётам исследователей менее 0.015% (от общего числа всех атомов водорода). Но, не так давно было показано, что это не так – что дейтерия во Вселенной еще больше. Статья знакомит читателя с эволюцией Вселенной, образованием дейтерия и его ролью в молекулярной эволюции.
Началось всё с того, что проводя наблюдения Млечного Пути, южноамериканские учёные нашли что дейтерия — тяжёлого водорода – содержится в нём существенно больше, чем об этом свидетельствовали данные прошлых исследовательских работ. По воззрению астролога Джеффри Лински (Jeffrey L. Linsky) из института Колорадо (University of Colorado), управляющего исследованием, эта новенькая информация может конструктивным образом поменять теоретические положения о формировании звёзд и галактик.
Тяжёлый водород «скрывался» от телескопов за скоплениями межзвёздной пыли и нередко был недоступен для наблюдений в силу собственной непрозрачности. Астрологи использовали данные ультрафиолетового телескопа FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer). Дейтерий создаёт свойственное свечение в ультрафиолетовом спектре, с помощью которого рассмотреть тяжёлый водород удалось конкретно при помощи FUSE.
По сей день числилось, что природная распространённость дейтерия составляет менее 0.015% (от общего числа всех атомов водорода). Это количество зависит как от природы вещества, так и от полного количества материи, сформированной в процессе эволюции Вселенной. Сейчас разумеется, что дейтерия в природе намного больше, чем предполагалось преждевременное.
Но с чем это может быть связано? Источником дейтерия во Вселенной являются вспышки сверхновых и термоядерные процессы, идущие снутри звёзд. Может быть этим разъясняется тот факт, что мировое количество дейтерия увеличивается в период глобальных потеплений и конфигураций климата. Но дейтерий достаточно стремительно разрушается в этих звёздах.
Рис. 1. Вероятные ядерные реакции с ролью дейтерия
Рис. 2. 1-ый шаг эволюции Вселенной. Образование дейтерия из 2-ух атомов водорода
Дело в том, что вместе с водородом в 1-ые мгновения после Огромного взрыва образовалось и неограниченное количество его изотопа дейтерия. Исходя из прошлых наблюдений, учёные постановили, что больше трети сначало образованного дейтерия потратилось на создание звёзд. Но, оказывается, что дейтерия в Млечном Пути намного больше, чем подразумевали ранее. А именно, на звездообразование потрачена не третья часть, а всего 15% изотопа и он распределён неравномерно. Эти данные могут гласить о том, что для формирования звёзд требовалось существенно меньше водорода, превратившегося потом в гелий. Так же это возможно окажется значимым основанием для пересмотра теории эволюции галактик и звёзд.
Если это так, то нужно также пересмотреть теорию молекулярной эволюции и эволюции жизни на нашей планетке, так как жизнь впрямую связана с водой и зарождалась в ней. Но была ли это рядовая вода? Ещё 10 лет тому вспять создатель этой статьи, будучи аспирантом Столичной гос академии узкой хим технологии им. М. В. Ломоносова в группе академика РАМН В. И. Швеца выдвинул предположение, что первичный “первобытный бульон”, в каком зарождалась жизнь в виде первых коорцерватов, был насыщен тяжёлой водой вследствии того, что в атмосфере Земли не было защитного озонового слоя и вулканические геотермальные и электронные процессы в жаркой атмосфере, насыщенной водой могли привести к обогащению гидросферы тяжёлой водой. Но тогда не достаточно кто из учёных увлёкся этой мыслью, хоть и впрямую никто не отвёрг её. И только на данный момент стало естественным, что исследователи третировали дейтерием в собственных расчётах.
Астрологи считают, что гравитационное поле Земли – недостаточно очень для удержания водорода, и наша планетка равномерно теряет водород в итоге его диссоциации в межпланетное место. Водород улетучивается резвее томного дейтерия, который способен скапливаться. Так что в течение всей эволюции должно происходить скопление дейтерия в атмосфере и в поверхностных водах.
Если это так, то нужно пересмотреть эволюцию всего живого на нашей планетке, чтоб смоделировать и предсказать дейтерированные формы жизни. Тем паче, что их можно просто сделать в современных критериях – макромолекулы ДНК, белков, липидов и сахаров – вот те главные составляющие для конструирования дейтерированных мембран и исследования гидрофобных взаимодействий меж дейтерированными молекулами.
Отдельный вопрос – генетика дейтерированных клеток и исследование рассредотачивания наследного аппарата, также физиология, цитология и морфология клеточки при росте на тяжёлой воде.
Модели дейтерированных систем достаточно просто предсказывать и конструировать в лабораторных критериях. Нами были получены приспособленные к тяжёлой воде штаммы микробов, относящиеся к разным таксономическим группам. арактерной особенностью объектов являлось то, что весь био материал клеточки заместо природного водорода содержал дейтерий.
Дейтерированные клеточки приспособленных к предельной концентрации тяжёлой воды в среде – очень комфортные объекты для исследования. В процессе роста клеток на тяжёлой воде в их синтезируются макромолекулы, в каких атомы водорода в углеродном скелете стопроцентно замещены на дейтерий. Такие дейтерированные макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные модификации, нужные для обычного функционирования клеточки в тяжёлой воде. Но эти конфигурации не единственны; физиология, морфология, цитология клеточки, также генетический аппарат клеточки также подвергается воздействию и модификации в тяжёлой воде.
Способность микробов расти в искусственных критериях на тяжёловодородных средах, в каких все атомы протия изменены на дейтерий является одним из наинтереснейших био феноменов (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В. И. Швец, 1996).
Тяжёлая вода (оксид дейтерия) — имеет ту же хим формулу, что и рядовая вода, но заместо атомов водорода содержит два тяжёлых изотопа водорода — атомы дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как: D2O либо 2H2O. Снаружи тяжёлая вода смотрится как рядовая — тусклая жидкость без вкуса и аромата.
В природных водах соотношение меж тяжёлой и обыкновенной водой составляет 1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде тяжёлой воды D2O, хотя по сути он отчасти находится в составе полутяжёлой воды HDO).
Тяжёлая вода токсична в больших концентрациях, хим реакции в её среде проходят несколько медлительнее, по сопоставлению с обыкновенной водой, водородные связи с ролью дейтерия несколько посильнее обыденных. Опыты над млекопитающими проявили, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, более высочайшие концентрации приводят к резвой смерти животного. Но некие мельчайшие организмы способны жить в 70%-ной тяжёлой воде) (простые) и даже в незапятанной тяжёлой воде (бактерии). Человек может без видимого вреда для здоровья испить стакан тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через некоторое количество дней. Тут тяжёлая вода наименее токсична, чем, к примеру, поваренная соль.
Тяжёлая вода скапливается в остатке электролита при неоднократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода стремительно поглощает пары обыкновенной воды, потому можно сказать, что она гигроскопична. Создание тяжёлой воды очень энергоёмко, потому её цена достаточно высока (приблизительно 200-250 баксов за кг).
Физические характеристики обыкновенной и тяжёлой воды
Физические характеристики
D2O
H2O
Молекулярная масса
20
18
Плотность при 20 C (г/см3)
1,1050
0,9982
t кристаллизации ( C)
3,8
0
t кипения ( C)
101,4
100
Важным свойством тяжёлой воды будет то, что она фактически не поглощает нейтроны, потому употребляется в ядерных реакторах для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя. Она употребляется также в качестве изотопного индикатора в химии и биологии. В физике простых частиц тяжёлая вода употребляется для детектирования нейтрино; так, наикрупнейший сенсор солнечных нейтрино в Канаде содержит 1 килотонну тяжёлой воды.
Существует также и полутяжёлая (либо дейтериевая) вода, у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу таковой воды записывают так: DHO.
Термин тяжёлая вода используют также по отношению к воде, у которой хоть какой из атомов заменен тяжёлым изотопом:
- к тяжёлокислородной воде (в ней лёгкий изотоп кислорода 16O замещен тяжёлыми изотопами 17O либо 18O).
- к тритиевой и сверхтяжёлой воде (содержащей заместо атомов 1H его радиоактивный изотоп тритий 3H).
Открытие тяжеленной воды послужило толчком к выяснению фракционного состава воды. Скоро была найдена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занимает его природный изотоп, еще больше тяжкий, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радиоактивен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в больших слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из товаров бомбардировки атомов азота нейтронами галлактического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8-9 атомов трития.
В маленьких количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере сразу насчитывается только около 20 кг Т20. Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обыкновенной: бурлит при 104°С, леденеет при 4…9°С, имеет плотность 1,33 г/см3. Сверхтяжелую воду используют в термоядерных реакциях. Она удобнее дейтериевой, потому что чувствительнее в определении.
Список изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и поболее томные изотопы4H и 5H,тожерадиоактивные.
Если подсчитать все вероятные разные соединения с общей формулой Н2О, то полное количество вероятных «тяжёлых вод» достигнет 48. Из их 39 вариантов — радиоактивные, а размеренных вариантов всего девять:
Н2 6O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.
Таким макаром, может быть существование молекул воды, в каких содержатся любые из 5 водородных изотопов в любом сочетании.
Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. Есть также изотопы кислорода. В повторяющейся системе хим частей Д.И. Менделеева числится всем узнаваемый кислород 16O. Есть еще два природных изотопа кислорода – 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тыщ атомов изотопа 16O приходится 4 атома изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.
По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обыкновенной, чем тяжеловодородная. Получают ее в главном перегонкой природной воды и употребляют как источник препаратов с меченым кислородом.
Кроме природных, есть и 6 искусственно сделанных изотопов кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из их: 13O, 14O и 15O – легкие, 19O и 20O – томные, а сверхтяжелый изотоп – 24O получен в 1970 году.
Существование 5 водородных и 9 кислородных изотопов гласит о том, что изотопных разновидностей воды может быть 135.
Основную же массу природной воды – выше 99% – составляет протиевая вода – 1H216O. Тяжелокислородных вод намного меньше: 1H218O – десятые толики процента.
1H217O – сотые толики от полного количества природных вод. Только миллионные толики процента составляет томная вода D2O, зато в форме 1HDO тяжеленной воды в природных водах содержится уже приметное количество. Еще пореже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий:
Традиционной водой следует считать протиевую воду 1H216O в чистом виде, другими словами без мельчайших примесей других 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе существенно превосходит содержание всех других взятых вместе видов, незапятанной 1H216O в естественных критериях не существует. В мире такую воду можно найти только в немногих особых лабораториях. Ее получают очень сложным методом и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения незапятанной 1H216O ведут очень узкую, многостадийную чистку природных вод либо синтезируют воду из начальных частей 1H2 и 16O, которые за ранее кропотливо очищают от изотопных примесей. Такую воду используют в опытах и процессах, требующих исключительной чистоты хим реактивов.
Но наибольшие изотопные эффекты наблюдается для пар протий/дейтерий и протий/тритий. Двукратным повышением массы дейтерона относительно протона и обуславливаются так именуемые изотопные эффекты тяжёлой воды — энергия связи, константа диссоциации, подвижность, длина связи и т.д.
С первых тестов янки Креспи и Даболла в 1940-х годах прошедшего века, прямо до конца 90-х годов установилось устойчивое представление, что тяжёлая вода несовместима с жизнью и что высочайшие концентрации тяжёлой воды могут приводить к ингибированию многих жизненно-важных мутаций, включая блокировку митоза в стадии профазы, и даже в неких случаях вызывать спонтанные мутации.
Клеточки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде, растений (50%), а клеточки простых микробов способны жить на 80% тяжеленной воде. Но, позже было подтверждено, что многие организмы могут быть приспособлены к росту на тяжёлой воде.
Тяжёлая вода высочайшей концентрации токсична для организма; хим реакции в её среде проходят несколько медлительнее, по сопоставлению с обыкновенной водой, водородные связи с ролью дейтерия несколько посильнее обыденных.
Все же томная вода играет значительную роль в разных био процессах. Систематическое исследование ее воздействия на животных и растения начато сравнимо не так давно. Разные исследователи независимо друг от друга установили, что томная вода действует негативно на актуальные функции организмов; это происходит даже при использовании обыкновенной природной воды с завышенным содержанием тяжеленной воды (рис. 3).
Воздействие концентрации дейтерия на рост высших растений
Рис.3. Выживаемость разных организмов в воде с разными концентрациями дейтерия
Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении толики тяжеленной воды животные гибли.
На развитие высших растений томная вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на одну вторую состоящей из тяжеленной воды, рост прекращается (рис. 4).
Рис 4. Поливка помидоровой рассады 30, 50 и 60%-ной тяжёлой водой ингибирует рост растения (по данным Креспи и Катца, 1972).
При попадании клеток в дейтерированную тяжёловодородную среду из их не только лишь исчезает протонированная вода за счет реакции обмена Н2О-D2О, да и происходит резвый H±D обмен в гидроксильных, сульфгидрильных и аминогруппах всех органических соединений, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, сахара. Только С—Н-связь не подвергается обмену и соединения типа С—D синтезируются «de поvo».
Любопытно, что после обмена H±D ферменты не прекращают собственной функции (Themson et al., 1966; Денько, 1974), но конфигурации в итоге изотопного замещения за счет первичного и вторичного изотопных эффектов (Thomson, 1963; Halevy, 1963), также действие тяжёлой воды как растворителя (большая структурированность и вязкость по сопоставлению с обыкновенной водой) приводят к изменению скоростей (замедлению) и специфики ферментативных реакций в тяжёлой воде.
Присутствие дейтерия в био системах приводит к изменениям структуры и свойствам жизненно-важных макромолекул таких как дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и белки. При всем этом различают первичные и вторичные изотопные эффекты дейтерия зависимо от того, какое положение занимает атом дейтерия в молекуле. Более необходимыми для структуры макромолекулы связи являются динамические короткоживущие водородные (дейтериевые) связи. Они формируются меж примыкающими атомами дейтерия (водорода) и гетероатомами кислорода, углерода, азота, серы и т.д. и играют главную роль в поддержании пространственной структуры макромолекулярных цепей и как эти структуры ведут взаимодействие с другими примыкающими макромолекулярными структурами, также с тяжеленной аква среды.
Структурно-динамические характеристики клеточной мембраны, которые в большинстве зависят от высококачественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в присутствии тяжёлой воды. Приобретенный итог разъясняется тем, что клеточная мембрана является одной из первых органелл клеточки, которая испытывает воздействие тяжёлой воды, и тем компенсирует реалогические характеристики мембраны (вязкость, текучесть, структурированность) конфигурацией количественного и высококачественного состава липидов.
В клеточках микробов одним из важных инструментов регу ляции метаболизма является мембрана, объединяющая внутри себя аппараты биосинтеза полисахаридов, трансформации энергии, снабжении клеточки метаболитами и участвующая в биосинтезе белков, нуклеиновых кислот и липидов (Гельман с соавт., 1972; Коротяев, 1973; Островский, 1973). Можно представить, что в адаптации к тяжёлой воде мембраны играют не последнюю роль. Но до сего времени не по нятно, что происходит с мембранами, как они реагируют на смену сре ды и какое это имеет значение для выживания клеток на среде, лишен ной протонов. Структурно-динамические характеристики клеточной мембраны, которые в большинстве зависят от высококачественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в присутствии тяжёлой воды. Так, сравнительный анализ липидного состава дейтерированных клеток B. subtilis, приобретенных при росте на тяжёлой воде показал различия в количественном составе мембранных липидов по сопоставлению с обыкновенной водой (рис. 5). Броско, что в образчике приобретенном с тяжёлой воды соединения, имеющие времена удерживания — 33.38; 33.74 и 33.2 мин не детектируются (набросок 5 б). Приобретенный итог, по видимому, разъясняется тем, что клеточная мембрана является одной из первых органелл клеточки, которая испытывает воздействие тяжёлой воды, и тем компенсирует реалогические характеристики мембраны (вязкость, текучесть, структурированность) конфигурацией количественного состава липидов.
Рис.5. Липидные профили протонированных (а) и дейтерированных (б) клеток Basilus subtilis; хроматограф Beckman Gold System (США), снабжённый насосом Model 166 (США) и сенсором Model 126 (США); недвижная фаза: Ultrasphere ODS 5 мкм; 4.6 x 250 мм; подвижная фаза: линейный градиент 5 мМ KH2PO4-ацетонитрил; 100% в течении 50 мин; скорость подачи: 0.5 мл/мин; детекция при 210 нм.
Также может быть эффекты, наблюдаемые при адаптации к тяжёлой воде связаны с образованием в тяжёлой воде конформаций молекул с другими структурно-динамическими качествами, чем конформаций, образованных с ролью водорода, и потому имеющих другую активность и био характеристики. Так, по теории абсолютных скоростей разрыв СH-связей может происходить резвее, чем СD-связей, подвижность иона D+ меньше, чем подвижность Н+, константа ионизации тяжёлой воды меньше константы ионизации обыкновенной воды. Всё это отражается на кинетике хим связи и скорости хим. реакций в тяжёлой воде.
Связи, образованные атомами углерода с дейтерием малость прочнее, чем СН-связи из-за того, что частота колебания дейтерона, имеющего огромную массу (вдвое огромную, чем протон) и размер меньше частоты колебания протона и тем, это выравнивает связь.
Другое принципиальное свойство определяется самой пространственной структурой тяжёлой воды, которая имеет тенденцию сближать гидрофобные группы макромолекулы, чтоб минимизировать их эффект на водородную (дейтериевую) связь в присутствии молекул тяжёлой воды. Так что структура спирали, каков является ДНК в присутствии тяжёлой воды стабилизируется. Не считая этого, отмечены радиопротекторные характеристики тяжёлой воды на клеточки печени мортышки, в какой экспонировались эти клеточки. Также было показано, что актуальный цикл плоских червяков, выращенных на тяжёлой воде возрастает в 1.5 раза по-сравнению с червяками, выращенными на обыкновенной воде (М.Шепенинов, 2006).
Возможно, клеточка реализует лабильные адаптивные механизмы, которые содействуют многофункциональной реорганизации работы жизненно-важных систем в тяжёлой воде. Так, к примеру, нормальному биосинтезу и функционированию в тяжёлой воде таких на биологическом уровне активных соединений, как нуклеиновые кислоты и белки содействует поддержание их структуры средством формирования водородных (дейтериевых) связей в молекулах.
Связи, сформированные атомами дейтерия различаются по прочности и энергии от подобных водородных связей. Различия в нуклеарной массе атома водорода и дейтерия косвенно могут служить предпосылкой различий в синтезах нуклеиновых кислот, которые могут приводить в свою очередь к структурным различиям и, как следует, к многофункциональным изменениям в клеточке.
Ферментативные функции и структура синтезируемых белков также меняются при росте клеток на тяжёлой воде, что может отразиться на процессах метаболизма и деления клеточки.
Способность к адаптации в больших концентрациях тяжёлой воды связана с эволюционным уровнем организации, т. е. чем ниже уровень развития живого, тем выше способность к адаптации (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец, 1996).
Конфигурации соотношения главных метаболитов в процессе адаптации к тяжеловодородной среде также может являться причинами смерти клеток. Клеточки высших организмов гибнут при содержании тяжёлой воды в составе тела выше 30%, но мельчайшие организмы, просто приспосабливающиеся к резким изменениям сферы обитания, способны жить и плодиться даже в 98%-ной тяжёлой воды (Мосин О.В, 1996).
Издавна увидено, что адаптация к тяжёлой воде проходит легче при постепенном увеличении содержания дейтерия в среде (Денько Е.И, 1970), потому что чувствительность к тяжёлой воде различных главных систем различна. Фактически даже высокодейтерированные среды содержат протоны от 0,2—10%. Может быть, что остаточные протоны в момент адаптации к тяжёлой воде упрощают перестройку к изменившимся условиям, встраиваясь конкретно в те участки, которые более чувствительны к подмене. Если это так, то встраивание протонов должно приводить к скоплению легкого изотопа в органическом материале клеток и соответственно к обогащению томным изотопом среды культивирования.
Адаптация к тяжёлой воде является фенотипическим феноменом, так как приспособленные к тяжёлой воде клеточки ворачиваются к нормальному росту в протонированных средах после некого лаг-периода (О.В. Мосин с соавт., 1996). В то же время обратимость роста на Dи Н-средах не исключает способности конфигурации метаболизма дейтерированных клеток, т.е. морфологической и многофункциональной перестройки в тяжёловодородной среде. При помощи, электрической микроскопии дейтерированных и обыденных клеток микрококка (В. А. Ерёмин, Л. Н. Чекулаева, 1978) были выявлены значительные различия в морфологии приобретенных клеток (набросок 6). Клеточки, выращенные на Ни D-средах, имели в 2—3 раза более толстую клеточную стену; чем конт рольные клеточки, рассредотачивание в их нитей ДНК было неравномерным. На микрофотографии дейтерированных клеток хлореллы и микрококка видны как плотные (одинарная стрел ка), так и электронно-прозрачные участки (двойная стрелка), последние, возможно до изготовления срезов, состояли из плотно упакованных мембран, наподобие мезосом. Не считая того, для дейтерированного микрококка (набросок 6, в) было также типично резкое изменение формы клеток и направления их деления. При всем этом видно образование сложных структур, со стоящих из 6—8 клеток. Наблюдавшееся деление не заканчивалось обыденным расхождением дочерних клеток, а приводило к образованию атипичных клеток—«монстров», обрисованных Мозесом с соавт. (Moses et al., 1958).
Рис. 6. Электрические микрофотографии клеток микробов M. Lysodeikticus; б – клеточки, выращенные на протонированной среде, в – дейтерированные клеточки, выращенные на тяжёловодородной среде (по данным В. А. Ерёмина и Л. Н. Чекулаевой, 1978 ).
По-видимому, наблюдаемые морфологические конфигурации связаны с торможением роста дейтерированных клеток и обоснованы перестройкой в процессе адаптации к тяжёлой воде. Тот факт, что дейтерированные клеточки микрококка кажутся более большими (кажущийся размер в 2—4 раза превосходит размер протонированных клеток), является общебиологическим, потому что наблюдается при выращивании целого ряда животных и растительных объектов (Денько; 1970).
Дейтерированные клеточки приспособленных к предельной концентрации тяжёлой воды в среде микробов – очень комфортные объекты для исследования. В процессе роста клеток на тяжёлой воде в их синтезируются макромолекулы, в каких атомы водорода в углеродном скелете практически стопроцентно замещены на дейтерий. Такие дейтерированные макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные модификации, нужные для обычного функционирования клеточки в тяжёлой воде.
Эти факты позволяют созидать некую аналогию меж адаптацией к тяжёлой воде и адаптации к низким температурам. Ещё Юнг (Jung, 1967) на клеточках Escherichia coli, помещенных в 98,6%-ную тяжёлую воду, показал, что эффект торможения роста тяжеленной воды может быть компенсирован увеличением температуры роста. Аналогия с остыванием позволяет рассматривать адаптацию к тяжёлой воде, как адаптацию к неспецифическому фактору, действующему сразу на функциональное состояние огромного числа систем: перевоплощение энергии, биосинтетические процессы, транспорт веществ, структуру и функции макромолекул. Может быть, что более чувствительными к подмене Н+ на D+ оказываются конкретно те системы, которые употребляют высшую подвижность протонов и высшую скорость разрыва протонных связей. Такими системами в клеточке могут быть дыхательная цепь и аппарат биосинтеза макромолекул, которые размещаются в цитоплазматической мембране либо находятся под ее контролем.
Аналогия меж адаптацией к тяжёлой воде и температурной адаптацией очень принципиальна для конструирования дейтерированных ферментов, которые сумеют работать в критериях больших температур. Такие постоянные дейтерированные ферменты нужны в биотехнологии, медицине и сельском хозяйстве.
Это привело бы к ускорению обменных процессов в человеческом организме, а, как следует, к повышению его физической и умственной активности. Человеческий организм практически на 70% состоит из воды. И в этой воде 0,015% дейтерия. По количественному содержанию (в атомных процентах) он занимает 12-е место посреди хим частей, из которых состоит человеческий организм. Тут его следует отнести к уровню микроэлементов. Содержание таких микроэлементов как медь, железо, цинк, молибден, марганец в нашем теле в 10-ки и сотки раз меньше, чем дейтерия. Что все-таки случится, если удалить весь дейтерий? На этот вопрос науке еще предстоит ответить. Пока же бесспорным является тот факт, что, меняя количественное содержание дейтерия в растительном либо животном организме, мы можем ускорять либо замедлять ход актуальных процессов.
Литературные источники:
Денько Е.И. Воздействие тяжеленной воды D2O на клеточки животных, растений и мельчайшие организмы. Успехи совр. биол., 1970, т. 20. — № 1 (4). — с. 41 — 85.
Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в био системах. М.: Наука, 1978. – 215 с.
Ерёмин В. А., Чекулаева Л. Н. Выкармливание микробов Micrococcus Lysodeikticus на дейтерированной среде, Микробиология, 1978
Crespi H. L. Biosynthesis and uses of per-deuterated proteins. in: Synt. and Appl. of Isot. Label. Compd. // Ed. R. R. Muccino. — Elsevier. — Amsterdam, 1986 — P. 111-112.
Katz J, Crespi H.L. // Pure Appl. Chem. — 1972. — V.32. — P. 221-250.
Daboll H. F., Crespi H. L., Katz J. J. // Biotechnology and Bioengineering. — 1962. — V. 4. — P. 281-297.
Jung K. // Studia Biophysica. — 1967 – V. 4. — 125
Мосин О. В., Карнаухова Е. Н., Пшеничникова А. Б., Складнев Д. А., Акимова О. Л. // Биотехнология. — 1993. — N 9. — С. 16-20.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Юркевич А. М., Швец В. И. // Биотехнология. — 1996. — N 3. — С. 3-12.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Юркевич А. М., Швец В. И. // Биотехнология. — 1996. — N 4. — С. 27-35.
Складнев Д. А., Мосин О. В., Егорова Т. А., Ерёмин С. В., Швец В. И. // Биотехнология. — 1996. — N 5. — С. 25-34.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Швец В. И. // Биоорганическая химия. — 1996. — Т. 22. — N 10-11. — С. 856-869.
Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец. Исследование физиологической адаптации микробов на тяжёловодородной среде. Биотехнология. 2000 г. N 8.
Бадьин В. И., Дробышевский Ю. В. и др. Отчет о НИР «Разработка продукта и метода его получения для стимуляции жизнедеятельности организма», Компания «Мед-Чернобыль», 1993 г.
Бердышев Г.Д., Варнавский И.Н., Прилипенко В.Д. Аквабиотика – наука о роли воды в актуальных процессах. В кн.: Информоенергетика -го тисячол ття: соц олого-синергетичн та медично-еколог чн п дходи. Ки в – Кривий Р г: ЗАТ “ЗТНВФ “Коло”, 2003, с. 22 – 28.
Варнавский И.Н., Бердышев Г.Д., Прилипенко В.Д. Лечебная реликтовая вода – открытие третьего тысячелетия. Вопросы химии и хим технологии, 2002, № 5, с. 168 – 174.