Кристаллическая структура организма человека

ЧЕЛОВЕК И ПРОСТРАНСТВО
Кристаллография – это наука, которая изучает физические свойства, образование и рост кристаллов, а также их внешнюю и внутреннюю геометрию. Современная кристаллография из описательной, которой она была на протяжении длительного времени, превратилась в строгую («точную») науку со своим математическим аппаратом. Математика начала проникать в кристаллографию лишь в XIX в., когда русский кристаллограф Е.С. Федоров и немецкий математик А. Шенфлис вывели 230 групп симметрии, которыми описываются атомные структуры кристаллов.
К кристаллам можно отнести минералы, все металлы, соли, большинство органических соединений и великое множество других твёрдых тел.
Кристалл – это единое тело, в котором каждая структурная частица взаимодействует с другими частицами и живёт с ними общими интересами. Вместе все частицы образуют свою "вселенную" – объемную ячеистую структуру в виде кристаллической решётки.
( http://www.nkj.ru/archive/articles/2102/ (Наука и жизнь,
КВАЗИКРИСТАЛЛЫ И ЗОЛОТАЯ ПРОПОРЦИЯ)).
Первым с жидкокристаллическим состоянием вещества столкнулся в 1888 г. Австрийский ботаник Ф. Рейнитцер, который обнаружил у синтезированного им холестерилбензоата две точки плавления. Ф. Рейнитцер обратился за объяснением этого факта к немецкому физику Отто Леману, и тот вскоре убедительно показал, что обнаружено новое промежуточное состояние вещества, названное жидкокристаллическим, и рассмотрел его существование на примере других соединений.
По сути человек в пространстве сам является кристаллом, пропускающим через себя огромное количество встречных волновых потоков.
Если более детально рассмотреть человеческий организм, то многие органы и соединения в них имеют жидкокристаллическое строение.
Сложной жидкокристаллической системой является человеческий мозг. Серое вещество в основном состоит из жидких кристаллов. А в белом веществе и проводящих путях нервной системы жидкие кристаллы играют роль диэлектриков. Они образуют оболочку вокруг нервных волокон – нейронов. Коллаген, содержащийся в опорных тканях – костях, сухожилиях и мозге, – близок по структуре к кристаллам нематического (характеризуются наличием микроструктур в виде нитей) типа.
Нематические кристаллы менее упорядочены. Их длинные оси ориентированы в определенном направлении, как булавки в коробочке. Такую структуру имеют многие смолы и стёкла и жизненно важные составные части живого белка – лецитин, керазин, цереброн.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – хранитель и передатчик наследственной информации в живом организме – тоже образует жидкие кристаллы так называемого лиотропного типа. Лиотропные жидкие кристаллы образуются при смешении двух или нескольких соединений, одно из которых – вода или какой-нибудь другой полярный растворитель.
Лизоцим – белок примечательный во многих отношениях. Это фермент, то есть биологический катализатор, благодаря которому в клетке происходят химические превращения.
Такая распространённость жидких кристаллов в живом организме не случайна. Они легко поглощают и растворяют различные вещества. Замечательные свойства: пластичность и гибкость в сочетании с устойчивостью к внешним воздействиям, чувствительность и тонкость структуры – всё это делает жидкие кристаллы незаменимыми элементами живых тканей.
(Подробнее см.: http://www.nkj.ru/archive/articles/5019/ (Наука и жизнь, КРИСТАЛЛЫ ИЗ БЕЛКА)).
Исследователи из датского университета Аархус в коллаборации с группой японских коллег установили кристаллическую структуру важнейшего белка, так называемого натрий-калиевого насоса (Na/K-насос, или Na/K АТФ-аза), который присутствует в любой клетке человеческого тела. Результат, недавно опубликованный в журнале Nature, может пролить новый свет на понимание неврологических болезней.
Натрий-калиевый насос непрерывно работает во всех клетках животных и людей.
Белок, выполняющий функцию Na/K-насоса, встроен в мембрану клетки, и занимается тем, что переносит ионы натрия наружу, а ионы калия вовнутрь клетки. На каждом шаге этого цикла структура насоса меняется. Хорошо известно, что насос имеет две различных формы. Первая, «натриевая», форма соответствует состоянию, когда белок «захватил» три иона натрия и готовится их «выбросить» наружу. Вторая, «калиевая», форма возникает, когда белок «выбросил» натрий наружу и «захватил» два иона калия для переноса вовнутрь клетки. Однако структурные различия между двумя этими формами до последнего момента были не известны, и исследователи не понимали, каким образом белок различает ионы натрия и калия.
В 2007 и 2009 годах специалисты из университета Аархус принимали участие в исследовании, которое привело к расшифровке структуры «калиевой» формы белка. Теперь, благодаря международному сотрудничеству группы профессора Чикаши Туошима (Chikashi Toyoshima) из университета Токио и группы из университета Аарона, была описана структура «натриевой» формы белка. Впервые удалось изучить кристаллическую структуру белка со столь высоким разрешением – 0,28 нанометров, что позволило увидеть, куда в действительности прикрепляются ионы натрия в насосе.
«Полученная структура белка показывает, в каком месте ионы натрия связываются с белком, и, следовательно, каким образом они транспортируются через мембрану клетки наружу; ионам калия, чей размер несколько больше, доступ к этим сайтам связывания заблокирован. Теперь мы понимаем, каким образом насос различает ионы натрия и калия на молекулярном уровне. Это большой шаг вперёд для понимания серьёзных неврологических болезней, связанных с мутациями Na/K-насоса, включая некоторые формы болезни Паркинсона, а также перекрёстные параличи у детей, когда есть дефекты в связывании ионов натрия», – объясняет Бенте Вильсен, профессор университета Аархуса, возглавляющий проект.
«Много лет назад, когда с помощью электронного микроскопа были получены первые изображения белка, при 250000 кратном увеличении белок выглядел всего лишь точкой, и я подумал, что мы никогда не сможем определить его структуру. Поскольку насос занимается переносом ионов натрия и калия, следовательно, речь идёт о способности различить между собой два иона. До настоящего момента казалось, что это невозможно», – говорит профессор Йенс Кристиан Скоу. В свои 94 года он в курсе новых достижений в области, начало которой он сам положил 50 лет назад.
На рисунке показано, как выглядит Na/Ka-насос изнутри, когда он связал ионы натрия. Доступ к сайтам связывания похож на тоннель. Три маленьких иона натрия прикреплены внутри насоса (фиолетовые сферы слева), тогда как размер ионов калия (зелёные сферы) не позволяет ему сесть на те же места. Сетка синего цвета обозначает внутреннюю поверхность белка, которая блокирует ионы калия. Цифро-буквенный код показывает, какие аминокислоты в белке имеют значение для процесса прикрепления ионов.
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/23285/ (Наука и жизнь, Кристаллическая
структура клеточного Na/K-насоса).
Материал подготовил Александр СВЕЧИН.