Страница 3 из 83
К удивлению Бейлиса и Старлинга, именно этого-то и не произошло. Вместо этого, поджелудочная железа продолжала как ни в чем не бывало выделять, как ей и положено, пищеварительные соки в нужный момент времени. Как только пища касалась слизистой оболочки кишки, панкреатическая железа начинала изливать в ее просвет свой сок. Оба физиолога знали, что содержимое желудка имеет кислую реакцию, потому что в пищеварительном секрете желудка содержится довольно большое количество соляной кислоты. Ученые ввели немного соляной кислоты в тонкую кишку — без всякой пищи, — и денервированная поджелудочная железа начала продуцировать сок. Стало быть, как оказалось, для полноценной работы поджелудочной железе не нужны ни нервы, ни пища, нужна только кислота, а самой кислоте не надо было соприкасаться с поджелудочной железой, достаточно было коснуться слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки.
Следующим шагом было иссечение участка двенадцатиперстной кишки у только что забитого животного и погружение этого участка в соляную кислоту. Небольшое количество кислотного экстракта набрали в шприц и с помощью тонкой иглы ввели в вену другого животного. Его поджелудочная железа сразу отреагировала и начала выделять пищеварительный сок, хотя животное перед опытом не кормили. Вывод был ясен. Слизистая оболочка кишки реагировала на запускающее действие кислоты, продуцируя химическое вещество, которое поступало в кровь. Кровоток доставлял это вещество по системе кровообращения ко всем участкам тела, в каждый орган, включая поджелудочную железу. Когда вещество достигало поджелудочной железы, оно каким-то образом стимулировало выделение ею пищеварительного сока.
Бэйлис и Старлииг назвали вещество, продуцируемое слизистой оболочкой кишки, секретином(secreto — «отделяю», лат.)[2].
В данном случае слово «отделение» обозначает тот факт, что клетка образует особое вещество и отделяет это вещество от себя, выбрасывая его в кровь, в кишку или на поверхность тела. Предполагается, что секреция служит полезным целям, что, например, верно в отношении поджелудочной железы. Когда же секретируемый материал просто выводится из организма, то говорят об экскреции(«выделяю наружу», лат.). Таким образом, выделение мочи — это экскреция. Вещество назвали секретином, поскольку оно стимулировало секрецию. Это был первый пример эффективной организации, которая создается с помощью химических сообщений, рассылаемых с кровью, а не с помощью электрических сигналов, распространяющихся по нервам. В неформальном научном обиходе такие вещества, как секретин, называют иногда «химическими мессенджерами».
Более формальный термин был предложен в 1905 году Бэйлисом в курсе его лекций. Он предложил название «гормон» («побуждаю», греч.) .Как вы видите, гормон, секретируемый в одном органе, — это некое вещество, которое стимулирует и активирует деятельность другого органа. Название было принято, и с тех пор стало ясно, что регуляция деятельности организма осуществляется на двух уровнях — с помощью электрической системы головного мозга, спинного мозга, нервов и чувствительных органов и с помощью химической системы различных гормонов и органов, продуцирующих гормонов.
Хотя система электрической регуляции функций организма была открыта раньше, чем химическая система, в этой книге я буду придерживаться обратного порядка и сначала рассмотрю химическую систему регуляции, поскольку из двух систем она менее специализированная и более древняя.
Растения и одноклеточные существа, лишенные каких бы то ни было признаков нервной системы, реагируют, тем не менее, на химические стимулы. Решив придерживаться такой очередности, давайте теперь более пристально рассмотрим секретин. Поняв его действие и свойства, мы сможем прийти к пониманию принципов, которые можно приложить к механизмам действия других, более известных гормонов. Например, может возникнуть вопрос о том, каким образом прекращается действие гормона. Содержимое желудка поступило в двенадцатиперстную кишку. Высокая кислотность этого содержимого стимулирует продукцию секретина. Секретин поступает в кровеносное русло и стимулирует панкреатическую секрецию. Все идет очень хорошо, но настает момент, когда поджелудочная железа выделила весь сок, который был нужен для пищеварения. Как остановить секрецию гормона?
Во-первых, надо сказать, что панкреатический сок обладает щелочной реакцией (щелочь — раствор, обладающий свойствами, противоположными свойствам раствора кислоты, одно нейтрализует другое. Если слить вместе растворы кислоты и щелочи, то в результате получится смесь, не обладающая ни кислотными, ни щелочными свойствами). Так как панкреатический сок смешивается с нищей, то кислотные свойства последней, обусловленные желудочным соком, ослабевают. По мере уменьшения кислотности гаснет и искра, стимулирующая образование панкреатического сока.
Другими словами, действие секретина запускает последовательность событий, которые в конечном итоге прекращают образование секретина. Таким образом, образование секретина есть процесс самоограничивающийся. Он похож на действие термостата, который регулирует работу мазутной топки в подвале. Когда в доме холодно, термостат включает топку, и температура поднимается до той точки, в которой термостат выключает топку. Такой процесс управления называется управлением по механизму отрицательной обратной связи. Это общий термин для обозначения процесса, посредством которого результаты, заданные в некоем контрольном механизме, подаются на этот механизм, который потом регулирует деятельность системы в зависимости от результатов. В электрических цепях мы говорим о входе и выходе, в биологических системах речь идет о стимуле и ответе или реакции. В нашем случае успешного ответа достаточно для уменьшения стимуляции.
Очевидно, что такой регуляции по механизму обратной связи не достаточно. Даже если секретин больше не образуется, то его количество, которое осталось в кровеносном русле, будет и дальше подстегивать поджелудочную железу?
Но природа предусмотрела этот случай. В организме существуют энзимы[3], специально созданные для того, чтобы катализировать разрушение гормонов. Энзим находится в крови, которая обладает способностью ускорять расщепление молекул секретина, делая этот гормон неактивным. Энзимы часто называются по тому веществу, на которое они действуют, с добавлением к его названию окончания — аза. Так, энзим, о котором я только что упомянул, называется секретиназой.
Следовательно, в организме происходит настоящая гонка между образованием секретина в той оболочке кишки и его разрушением секретиназой. Пока слизистая оболочка работает с полной нагрузкой, концентрация секретина в крови достигает уровня, при котором происходит стимуляция поджелудочной железы. Когда же слизистая перестает работать, то не только прекращается образование новых молекул секретина, но и разрушается весь секретин, оставшийся в крови. Вот таким образом поджелудочная железа включается и выключается в одно касание, с точностью отлично отлаженного автомата, — при этом вы даже не догадываетесь о его существовании.
Может возникнуть законный вопрос: что такое секретин? Известна ли его природа, или это просто название, данное неизвестному веществу? Ответ таков: природа этого вещества известна, хотя и не во всех деталях.
Секретин — это белок, а белки состоят из крупных молекул, каждая из которых содержит сотни, тысячи, а иногда и миллионы атомов. Сравните это с молекулой воды (Н2 О), которая состоит из трех атомов — 2 атомов водорода и 1 атома кислорода; или с молекулой серной кислоты (H2SO4), которая содержит 7 атомов — 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода.
Исходя из этого можно понять, что химик, желающий знать точную структуру белка, столкнется с практически неразрешимой задачей. К счастью, все дело несколько облегчается тем фактом, что атомы внутри белковой молекулы организованы в подгруппы, называемые аминокислотами.
2
В этой книге я буду придерживаться практики, которой уже придерживался и книге «Организм человека», помещая скобках правила произношения слов, которые, возможно, незнакомы читателю. Я также буду включать описание смысла ключевого слова, от которого образован термин, помечая бук вами «лат.» термины, образованные от латинских корней, и «греч.» — термины, образованные от древнегреческих корней.
3
Энзимы — это белки, которые проявляют свойства катализаторов, — они ускоряют протекание отдельных реакции в малых объемах. Это вес, что нам надо знать для целей настоящей книги. Если вас интересует природа и механизм действия энзимов, то я отсылаю вас к своей книге «Жизнь и энергия» (1962).