Голубая кровь
«Голубая кровь»: в нашем мире это означает что-то благородное. А ведь голубая кровь встречается и в природе, например, у благородных моллюсков. И это уже не оборот речи, а абсолютно реальный факт. Но природа не остановилась на этом, поэтому у некоторых животных можно встретить и зеленую, и прозрачную кровь.
Красный цвет нашей крови придает гемоглобин - белок, переносящий кислород от легких ко всем клеткам тела. Действующим элементом гемоглобина является гем, который упрощенно представляет собой ион железа, окруженный азотом.
Собственно сюда садится кислород и так путешествует по нашей крови. Когда гемоглобин доходит до тканей тела, кислое рН и высокое содержание углекислого газа меняет пространственную структуру белка и он «сбрасывает» кислород, которые далее поступает в клетки. Назад гемоглобин может переносить углекислый газ. В легких, где СО2 меньше, а рН уже выше, гемоглобин опять возвращает свою первоначальную форму и «загружается» кислородом. От наличия кислорода зависит и цвет, который придает крови гемоглобин: артериальная кровь - светло-красная, а венозная - темная.
Любопытно, что много лет назад, когда на нашей планете только появился процесс фотосинтеза и живые организмы не научились использовать кислород (даже наоборот, он был для них ядом). Именно железо долгое время сдерживало его низкое содержание в атмосфере. Железная руда выходящая на поверхность, связывала выделяемый кислород (покрываясь ржавчиной), постепенно придавая ландшафту красно-оранжевый оттенок. Когда все железо было «израсходовано», уровень кислорода в атмосфере стал подниматься, вызвав страшную катастрофу для всего живого. Теперь железо уже в нашей крови выполняет схожую функцию: связывает кислород.
У моллюсков и некоторых членистоногих гемоглобина нет, но есть его аналог - гемоцианин, в котором вместо железа используется медь. Именно медь в соединении с кислородом придает белку и всей «крови» голубоватый оттенок (строго говоря, у них не кровь, а гемолимфа). Без кислорода гемоцианин прозрачный. Т.е. проходя через легкие или жабры, кому как повезло, прозрачная гемолимфа приобретает благородный голубоватый оттенок. Есть еще одно значительное отличие от гемоглобина. Молекулы гемоцианина свободно плавают в крови и могут собираться в большие конгломераты многократно увеличивая эффективность переноса кислорода. Гемоглобин находится в специальных клетках - эритроцитах или красных кровяных тельцах и чаще всего состоит «только» из четырех гемосодержащих молекул белка.
На мой взгляд, самый интересный и яркий из семейства кислородо-переносящий белков - хлорокруанин. Его можно встретить в крови некоторых полихет (многощетинковых червей), как и гемоглобин, он содержит атомы железа, вот только красным цветом обладает при высоких концентрация, при разбавлении постепенно становится зеленым…. Вы только вдумайтесь, как это удобно, не надо сдавать анализы: «Ваша кровь позеленела, у вас нехватка гемоглабина хлорокруанина».
Завершают цепочку такие необычные существа, как сипункулиды, приапулиды и плеченогие - они используют для переноса кислорода гемэритрин - еще один железосодержащий белок. В отличие от гемоглобина, связавышисть с кислородом он имеет фиолетовый оттенок, а в отсутствии его - светло-розовый.
Всё это можно подглядеть в одной замечательной табличке:
Ученые уже много лет бьются над созданием искусственной крови, основная функция которой переносить кислород. Для медицины это был бы незаменимый помощник. Ведь в случае кровопотери можно было хотя бы временно использовать искусственный аналог, давай время на поиск подходящей донорской крови или синтез свой собственной.
Например, искусственно был создан кобоглобин, близкий по строение к гемоглобину, но несущий кобальт вместо железа. Он действительно способен переносить кислород, но у него есть 2 недостатка, он не может переносить углекислый от тканей и достаточно быстро деградирует. Без кислорода он представляет собой желтую жидкость, а «подцепляя» молекулу живительного газа становится прозрачным.
Но наибольший прорыв в области искусственной крови совершили советские ученые под руководством Белоярцева. Они подошли к проблеме очень креативно, собственно не придумали новый переносчик кислорода, а предложили средство перфторан, которое увеличивает растворимость кислорода в крови. Небольшое количество кислорода всегда растворено в нашей крови и, в принципе, клетки способны использовать этот кислород точно также, как и перенесенный гемоглобином, вот только это количество такое маленькое, что мы не способны выжить без гемолобина. Перфторан значительно увеличивает процент свободного кислорода в крови, что делает возможным дышать даже при больших потерях красных кровяных телец. Перфторан имеет голубой цвет, поэтому он и получил прозвище «голубая кровь». Оказывается не обязательно быть моллюском, чтобы иметь голубую кровь…
На мой взгляд, это пример очень инновационного подхода. Ученые не пытались скопировать решение, которое уже давно создала природа, а придумали другой способ решения той же самой задачи. Действительно гениально. Правда, история этого открытия весьма трагична, у нас на биофаке легенды ходили о том, чем все обернулось для Белоярцева. Но это тема для отдельного поста.