Механизмы влияния электронного дефицита на организм?

Если рассматривать наиболее значимые заболевания, характерные для современного человека, то следует остановиться на метаболическом синдроме или инсулинорезистентности. В основе развития патологических состояний при данных заболеваниях находится инактивация инсулиновых рецепторов.

Так, в нормальном состоянии организма активность действия инсулина, отвечающего за мембранный транспорт глюкозы, сопряжена с высокой специфичностью распознавания инсулинового рецептора (а-субъединицы), который при присоединении гормона изменяют свою конформацию. В результате электрон – зависимой конформации инсулиновых рецепторов индуцируется тирозинкиназная активность у субъединицы b, что запускает разветвлённую цепь реакций по активации ферментов. Все эти процессы чрезвычайно чувствительны к электронному окружению белков [16, 31]. Отметим, что конформационные изменения белков регулируются ассоциированной фазой воды, стабилизируемой электронами. В частности, согласно [31, с.165, 180] сила водородных связей между СО- и NН- группами полипептидного остова в α-спиральной структуре зависит в первую очередь от электронной плотности на карбонильном атоме кислорода или дальнодействующего индукционного влияния других зарядов в структуре ассоциированной фазы воды. Предложенная Гильбертом Лингом теория ассоциации – индукции, служащая для объяснения механизмов конформационных изменений белков и работы ионных насосов в клетке, связывает эти процессы с образованием и распадом ассоциированной фазы воды.

В соответствии с представлениями теории ассоциации – индукции Г. Линга и нашими представлениями ион-кристаллической ассоциации воды [11] конформационные состояния белков и кето – энольная изомеризация определяются тонкими механизмами индукционного влияния распределенных электростатических зарядов в когерентной фазе воды.

В связи с представлениями индукционного влияния электростатических зарядов дезактивация электрон – транспортных цепей, замыкаемых на инсулиновые рецепторы, также как и в дыхательных цепях приводит к процессам распада структурированной фазы воды в примембранных зонах, результатом которых возможен обрыв или частичное блокирование цепей электронного сопряжения с последующим образованием свободных радикалов и выделением электрона или резкое снижение их эффективности. Анализ работ [17, 24, 28] показывает, что при этом выделившийся электрон может не достигать регулирующих рецепторов, а затрачиваться на одноэлектронное восстановление O₂ (например, на убихиноне) с образованием супероксидного анион-радикала.

В случае достаточного количества электронов и, соответственно O₂, в связанных состояниях воды межклеточного матрикса электронные «тропы» достигают регулирующего рецептора (цитохромоксидазы - фермента дыхательной цепи). При этом восстановление кислорода на рецепторе протекает с образованием свободной воды. В этом случае не происходит потери электронов и, соответственно, образования активных форм кислорода вне цепей нормального электронного сопряжения.

Конформационные изменения белков в электрон – транспортной цепи, обусловленные деградацией ассоциированной фазы воды, осуществляют блокаду конечного звена дыхательной цепи - цитохромоксидазы, что приводит к ишемической гипоксии. В случае нарушения электронного транспорта, связанного с дефицитом электронов в организме, согласно работам авторов [17, 24, 28], цепь электронного сопряжения дыхательных цепей локализуется на другом ко - ферменте – убихиноне вследствие конденсации сверхтекучих электронов в межклеточном матриксе

(2е^-+О₂[Н₂О]_q·убихинон→О₂^-[*][Н₂О]_q·убихинон).

Образующиеся в результате нарушений нормального электронного сопряжения активные формы кислорода (АФК), как считалось ранее, нейтрализуются ферментами - каталазой, супероксиддисмутазой, пероксидазой как побочные продукты метаболизма [122]. Однако в последнее время доказано, что АФК являются жизненно необходимыми для нормального метаболизма клеток, так и функционирования организма в целом [19, 86, 125].

В то же время данные работы показывают, что в дыхательной цепи отсутствуют ферментные комплексы, генерирующие супероксидные анион - радикалы. Их появление объясняется процессами квантовой конденсации из окружающей среды, «переключаемыми» в условиях дефицита притока электронов из нее на более глубокие квантовые ямы, формируемые гидратными структурами ферментов. Однако в условиях дефицита внешней подпитки электронов возможно включение дублирующих механизмов их генерации. Считается, что при этом «включаются» НАД·H-зависимые дегидрогеназы и убихинонредуктазы, либо сукцинат, либо участок в - с сегментов дыхательной цепи [17, 35, 42, 43]. Активация компенсаторных механизмов генерации электронов протекает на фоне снижения активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы и каталазы [43, 47], индуцируемого деструктуризацией межклеточной воды.

В контексте обсуждаемой проблемы дефицита электронов важно отметить, что транспорт электронов осуществляется в результате кооперативных процессов самоорганизации организменной воды и ее фазового превращения, определяющих последующие стадии замещения активных центров белков противоионами (теория ассоциации – индукции Г. Линга) и совершения работы (увеличение энтропии). Через изменение квантовых состояний волнового пакета делокализованных на мембране электронов реализуются управляющие сигналы, которые выполняют роль спусковых механизмов, проявляющихся в виде конформационных изменений белков, кето-энольной таутомерии, ионного замещения активных центров и превращения АТФ в АДФ. Учитывая, что электрон - транспортные цепи внеорганизменного пути поступления электронов связаны с поверхностным потенциалом мембран клеток, то и их влияние на клеточный метаболизм осуществляется через изменение локальной плотности заряженных субстратов и протонов вблизи мембраны.

Влияние поверхностного потенциала может проявляться в сдвиге рН оптимума активности ферментов, регуляции ферментативной активности глицеринфосфатдегидрогеназы и арилсульфатазы С, которыеактивируются при уменьшении, а ацетилхолинэстеразы, диметилаланиноксидазы и моноаминоксидазы, напротив, при увеличении плотности отрицательного заряда на мембране [20]. Модуляция активности мембранно - связанных ферментов может происходить вследствие формирования и превращений ион - радикальных гомо- и гетерокомплексов [7, 23, 59, 90].

В [122] показано, что образующиеся на внешней стороне клеточной мембраны супероксид – ион - радикалы регулируют внутриклеточный метаболизм, изменяя соотношение восстановленного и окисленного глутатиона и регулируя внутриклеточные биохимические реакции [118]. Аналогичную регулирующую роль выполняют активные ион – радикалы, образующиеся и в других системах [73], таких как ксантин/ксантиноксидазы, а также участвуют во взаимодействиях с тиоловыми системами клетки [83].

Управляющее воздействие «внешних» ион – радикалов и деструктивные функции образующихся свободных радикалов, продуцируемых НАДФ·Н-оксидазой [118], по своему функциональному проявлению подобно роли, выполняемой лимфоцитами при их сближении с клеткой – мишенью. Ряд ферментных систем организма регулирует уровень АФК в клетке [115], нейтрализуя свободные радикалы и стабилизируя ион - радикалы.

Согласно данных работ [106, 116], процессы апоптоза (разборки клеток) и митоза (деления клеток) также управляются ион – радикалами. При этом направленность процесса (апоптоз, либо митоз) определяется уровнем их содержания [130], что косвенно указывает на определяющую роль квантовых состояний носителей данных АФК, от которых зависит направленность процесса электронного транспорта, являющегося «движущей силой» управляющего воздействия на клетку – мишень. В этом отношении проявляется подобие действия Т-лимфоцитов, когда они активизируются («включение» апоптоза) при получении заряда от супероксидного ион – радикала [76]. Однако и внутренние ион – радикалы способны индуцировать апоптоз клеток [87, 96], что указывает на независимость их эффекта действия от типа носителя заряда. Главное условие для протекания подобных процессов – это совпадение параметров волновых пакетов макроскопического донора электронов (содержащихся в форме ион – радикалов) и акцептора – клетки, входящей в состояние апоптоза.

В работах [79, 80, 103, 130] описан эффект стимуляции роста клеток переносимыми ион - радикалами зарядами, запуска этих процессов, включая активацию энергетических процессов фосфорилирования тирозина в белках [70, 78, 98, 113, 127, 128], экспрессию факторов роста [132], дифференцировки клеток [80, 81] и, в свою очередь, - пролиферацию и ингибирование роста клеток активными радикалами [77, 81, 85].

Ион – радикалы как переносчики электронов также участвуют в регуляции кальций – зависимых систем клетки [112], активации теломеразы [133], протеинкиназы «В» и «С» [84, 104], фосфорилировании НЗ-гистона [126]. В работах [89, 126] отмечается их роль во внутриклеточном перераспределении заряда, реакциях генерации свободных радикалов при стрессовых сигналах [89], тератогенной активности токсинов.

Многочисленными исследованиями [93, 120, 121, 124, 131, 135] установлено, что факторы клеточной активности образуются вне клеток. Основным местом локализации регуляторов клеточной активности является наружная мембрана. При этом активность (концентрация) ион – радикалов на внешней поверхности мембраны зависит от каталитической активности внутримембранных и внутриклеточных ферментов. Так, наибольшая электронная активность (на внешней поверхности мембраны) субклеточных митохондрий определяется концентрацией геминового железа в митохондриях и эритроцитах - форменных элементах крови [8, 13].

Во многих работах полагают, что из активных ион-радикальных форм кислорода именно перекись водорода в физиологических (микромолярных) концентрациях, при которых она полностью находится в ион-молекулярной форме, оказывает на клетки стимулирующее действие. Признана способность малых концентраций перекиси водорода активировать транскрипцию генов, участву­ющих в индукции роста, дифференцировке и развитии клеток. При этом считается, что перекись водорода может быть сигнальной молекулой, осуществляющей передачу информации от мембранных рецепторов на соответствующие цитоплазматические эффекторы или транскрипционные факторы [15]. Перекись водорода необходима для активирования ядерного фактора, контролирующего синтез оксида азота, одного из самых мощных микробицидных факторов фагоцитов [119]. Согласно работы [47] активные формы кислорода, включая перекиси, являются частью физиологического пути передачи сигнала к клетке.

Учитывая важную роль активных форм кислорода в регуляции клеточного метаболизма и их зависимость от содержания электронов в окружающей среде, которая в свою очередь определяется вариациями геомагнитного поля Земли, становится очевидным существование связей активности организмов с напряженностью геомагнитного поля. В этой связи суточные вариации геомагнитной активности напрямую оказывают влияние на активность клеточных медиаторов [13, 84] и гормонов [125].

Таким образом, делокализованные состояния электронов в составе ион-радикальных форм соединений, включая активные кислородные формы, выполняют роль индуктора клеточных процессов. Для подтверждения данного вывода авторами была проведена серия измерений, включая возбуждение колебательных состояний таутомерных форм кетонных групп (на примере ацетона), изменение параметров электронного сопряжения в белковых структурах, изменения биологической активности структурированной объемной воды и другие исследования [51]. Результаты данных исследований подтверждают и дополняют продуктивные идеи Г. Линга о регуляторной роли ассоциированной воды в биологических системах.