ЧЯД. Глава 4. 3

              СХОДСТВА И РАЗЛИЧИЯ

Есть некоторые концептуальные различия между мультяшной штуковиной Фоггорн-Леггорна и реальной системой свертывания крови. Различия подчеркивают большую сложность биохимической системы. Самое главное отличие заключается в том, что каскад свертывания крови должен быть отключен в какой-то момент, прежде чем кровь в организме полностью затвердеет (об этом мы поговорим чуть позже). Второе отличие заключается в том, что контрольный путь свертывания крови разделяется на две части. Таким образом, потенциально существует два возможных способа вызвать свертывание. Относительная важность этих двух путей в живых организмах все еще довольно туманна. Многие эксперименты по свертыванию крови трудно проводить.

Некоторые белки, особенно те, которые участвуют на ранних стадиях пути, обнаруживаются в крови в незначительных количествах. Например, сто галлонов крови содержат только около 1 тысячной унции антигемофильного фактора. Кроме того, поскольку на начальных стадиях свертывания крови образуется больше первоначальных активирующих белков, часто довольно трудно разобраться, кто кого активирует.

Существует важное концептуальное сходство между системой атаки на Фоггорна и путем свертывания крови: оба они неупрощаемо сложны.  Оставляя в стороне систему перед развилкой на пути, где некоторые детали менее известны, система свертывания крови подходит под определение неснижаемой сложности. То есть, это единая система, состоящая из нескольких взаимодействующих частей, которые вносят свой вклад в основную функцию, и где удаление любой из частей приводит к тому, что система фактически прекращает функционировать. Функция системы свертывания крови заключается в формировании прочного барьера в нужное время и в нужном месте, способного остановить кровоток из поврежденного сосуда. Компонентами системы (за пределами развилки пути) являются фибриноген, протромбин, фактор Стюарта и проакселерин. Точно так же, как ни одна из частей системы Фоггорн не используется ни для чего, кроме контроля падения телефонного столба, ни один из каскадных белков не используется ни для чего, кроме контроля образования тромба. Однако в отсутствие какого-либо из компонентов кровь не свертывается, и система дает сбой.

Есть и другие способы остановить кровоток из ран, но эти способы не являются пошаговыми предшественниками каскада свертывания. Например, организм может сужать кровеносные сосуды рядом с порезом, чтобы помочь остановить кровоток. Кроме того, клетки крови, называемые тромбоцитами, прилипают к области вокруг пореза, помогая закупоривать небольшие раны. Но эти системы не могут быть постепенно преобразованы в систему свертывания крови, так же как клеевая ловушка не может быть превращена в механическую мышеловку.

Простейшая система свертывания крови, которую только можно себе представить, может быть всего лишь одним белком, который случайным образом объединяться при травме организма. Мы можем сравнить это с телефонным столбом, который был полностью перепилен, ненадежно балансируя, в зависимости от легких вибраций земли, когда Фоггорн Леггорн проходя мимо приводит его в действие. Однако ветер или другие факторы могут легко опрокинуть столб, когда петуха рядом нет. Кроме того, столб не направлен в каком-либо определенном направлении (например, в сторону приманки), где может быть Фоггорн. Точно так же упрощенная система свертывания может сработать ненадлежащим образом, вызывая случайный ущерб и тратя ресурсы. Ни упрощенная мультяшная, ни свертывающая «системы» не будут соответствовать критерию минимальной функции. В системах Руба Голдберга проблема заключается не в конечном действии (падение телефонного столба, образование тромба), а скорее в системе управления.

Можно представить себе систему свертывания крови, которая была бы несколько проще, чем настоящая: где, скажем, фактор Стюарта после активации остальной частью каскада непосредственно режет фибриноген с образованием фибрина, минуя тромбин.

Оставляя на время в стороне вопросы контроля и времени образования тромбов, поразмыслив, мы можем увидеть, что даже такая несколько упрощенная система не может постепенно превратиться в более сложную цельную систему. Если в систему без тромбина будет введен новый белок, он либо сразу включит систему, что приведет к быстрой смерти, либо ничего не даст, и поэтому у него нет причин для выбора. Если бы новый белок был вставлен в систему без тромбина, он либо немедленно включил бы систему, что привело бы к быстрой смерти, либо он ничего бы не сделал, и ничего бы не изменилось. По условию каскада новый белок немедленно должен быть отрегулирован. С самого начала для нового этапа в каскаде потребовался бы и профермент, и активирующий фермент для включения профермента в нужное время и в нужном месте. Поскольку каждый этап обязательно требует нескольких частей, не только вся система свертывания крови неупрощаемо сложна, но и каждый шаг на этом пути.

Я думаю, что судоходный канал является хорошей аналогией для этого аспекта системы свертывания крови. Панамский канал позволяет судам пересекать перешеек из Тихого океана в Карибское море. Поскольку земля находится выше уровня моря, вода в шлюзе поднимает корабль до уровня, на котором он может двигаться некоторое время. Затем другой шлюз поднимает корабль на следующий уровень, а шлюзы с другой стороны опускают корабль обратно на уровень моря. У каждого шлюза есть ворота, которые удерживают воду при подъеме или опускании корабля. Также есть шлюз или водяной насос, который сливает или заполняет шлюз водой. С самого начала каждый шлюз должен иметь обе функции — ворота и шлюз — иначе он не будет работать.

Следовательно, каждый из шлюзов вдоль канала неупрощаемо сложен. Аналогично, каждая из контрольных точек каскада свертывания крови нуждается как в неактивном проферменте, так и в отдельном ферменте для его активации.

           ЭТО ЕЩЕ НЕ КОНЕЦ

W Как только начинается свертывание, что помешает ему продолжаться до тех пор, пока вся кровь животного не затвердеет?  Свертывание крови ограничено местом повреждения несколькими способами. (См. рисунок) Во-первых, белок плазмы, называемый антитромбином, связывается с активными (но не неактивными) формами большинства белков свертывания крови и инактивирует их. Однако антитромбин сам по себе относительно неактивен, если он не связывается с веществом под названием гепарин. Гепарин находится внутри клеток и неповрежденных кровеносных сосудов. Второй способ локализации тромбов – действие протеина С. После активации тромбином белок С разрушает акселерин и активированный антигемофильный фактор. Наконец, белок, называемый тромбомодулином, выстилающий поверхности клеток на внутренней стороне кровеносных сосудов. Тромбомодулин связывает тромбин, делая его менее способным расщеплять фибриноген и одновременно увеличивая его способность активировать протеин С.

Когда образуется первичный тромб, он достаточно хрупкий: если травмированный участок ударить, тромб может легко разрушиться, и кровотечение начнется снова. Чтобы предотвратить это, у организма есть метод укрепления сгустка после его образования. Агрегированный фибрин «связан» активированным белком под названием FSF (фибрин-стабилизирующий фактор), образующим  поперечные химические связи между различными молекулами фибрина.

В конце концов, однако, сгусток крови должен быть удален после заживления раны. Белок, называемый плазмином, действует как ножницы, специально для разрезания фибриновых сгустков. К счастью, плазмин не действует на фибриноген. Однако плазмин не может действовать слишком быстро, иначе у раны не будет достаточно времени для полного заживления. Поэтому первоначально он встречается в неактивной форме, называемой плазминогеном. Превращение плазминогена в плазмин катализируется белком под названием t-PA (tissue plasminogen activator). Есть также другие белки, которые контролируют растворение тромба, в том числе ;2-антиплазмин, который связывается с плазмином, предотвращая разрушение фибриновых сгустков. W

Мультяшная машина, которая прикончила Фоггорн-Леггорна, критически зависела от точной регулировки, синхронизации и структуры многих компонентов. Если веревка, прикрепленная к долларовой купюре, будет слишком длинной, или пушка будет смещена, то вся система выйдет из строя. Точно так же каскад свертывания крови критически зависит от времени и скорости, с которой происходят различные реакции. Кровь животного может застыть, если тромбин активирует проконвертин в неподходящее время. Оно может истечь кровью, если проакселерин или антигемофильный фактор активируются слишком медленно. Организм канул бы в лету, если бы тромбин активировал белок С намного быстрее, чем проакцелерин, или если бы антитромбин инактивировал фактор Стюарта так же быстро, как он образовался. Если бы плазминоген активировался сразу после образования тромба, то он бы быстро растворял сгусток, нарушая весь процесс.

Формирование, ограничение, укрепление и удаление тромба является интегрированной биологической системой, и потому проблемы с отдельными компонентами могут привести к сбою всей системы. Отсутствие некоторых факторов свертывания крови или образование дефектных факторов часто приводит к серьезным проблемам со здоровьем или ведет к смерти.

Наиболее распространенная форма гемофилии возникает из-за дефицита антигемофильного фактора, который помогает активированному фактору Кристмаса превращать фактор Стюарта в его активную форму. Отсутствие фактора Кристмаса является второй по распространенности формой гемофилии. Серьезные проблемы со здоровьем также могут возникнуть, если другие белки каскада свертывания крови дефектны, хотя это встречается реже. Нарушения свертываемости крови также могут быть следствием  дефицита белка FSF, витамина К или ;2-антиплазмина, которые не участвуют непосредственно в свертывании крови. Кроме того, недостаток белка С вызывает смерть в младенчестве из-за возникновения многочисленных, нуместных тромбов.

                ШАРКАЕТ ВОКРУГ

Возможно ли, что эта сверхсложная система могла эволюционировать в соответствии с теорией Дарвина? Несколько ученых приложили много усилий, чтобы выяснить, как могла развиваться система свертываемости крови. В следующем разделе вы увидите, каково современное объяснение свертывания крови в профессиональной научной литературе. Но сначала нужно обратить внимание на несколько деталей.

В начале 1960-х годов было замечено, что некоторые белки имеют аминокислотные последовательности, похожие на последовательности других белков. Например, предположим, что первые десять аминокислот в одной белковой последовательности были ANVLEGKIIS, а во втором белке ANLLDGKIVS. Эти две последовательности одинаковы в семи позициях и различаются в трех позициях. В некоторых белках последовательности могут быть похожими в сотнях аминокислотных позиций. Для объяснения сходства двух белков было выдвинуто предположение, что в прошлом ген каким-то образом дублировался, и со временем две копии гена независимо друг от друга накапливали изменения (мутации) в своих последовательностях. Через некоторое время появятся два белка, последовательности которых будут похожи, но не идентичны.

Сиамский король однажды попросил у своих мудрецов пословицу, которая была бы уместна в любом случае. Они предложили: «И это пройдет». В биохимии одинаково подходящая поговорка на все случаи жизни звучит так: «Все сложнее, чем кажется». В середине 1970-х годов было показано, что ген в молекуле ДНК может располагаться  частями. То есть, часть ДНК, кодирующая левую часть белка, может быть отделена вдоль последовательности от частей, кодирующих середину, а те могут быть отделены от ДНК, которая кодирует правую часть. Это было похоже на то, как если бы вы искали слово «карнавал»  в словаре и находили его в списке «hkcasafjrnivckjealksy». Один тип гена может быть цельным, другой тип может состоять из десятков частей.

Наблюдение за расщепленными генами привело к гипотезе, что, возможно, новые белки могут быть получены путем перетасовки фрагментов ДНК генов, которые кодируют части старых белков – подобно тому, как карты можно выбрать из нескольких стопок, чтобы получить новую раскладку. Чтобы поддержать эту гипотезу, её сторонники указывают на сходство в аминокислотных последовательностях и формах дискретных частей (называемых доменами) разных белков.

Белки каскада свертывания крови часто используются в качестве доказательства перетасовки. Некоторые области каскадных белков, кодируемые отдельными фрагментами генов, имеют сходство в своих аминокислотных последовательностях с другими областями того же белка, то есть они являются самоподобными. Также есть сходство между областями разных белков каскада. Например, проконвертин, фактор Кристмаса, фактор Стюарта и протромбин имеют примерно одинаковую область аминокислотных последовательностей. Кроме того, во всех этих белках последовательность модифицируется витамином К. Кроме того, области похожи по последовательности в других белках (вообще не участвующие в свертывании крови), которые также модифицируются витамином К.

Сходство последовательности видно всем и не может быть оспорено. Сама по себе, однако, гипотеза дупликации и перетасовки генов ничего не говорит о том, как тот или иной конкретный белок или белковая система были впервые произведены – постепенно  или внезапно,  в результате естественного отбора или какого-то другого механизма. Помните, что пружина мышеловки может в некотором роде напоминать пружину часов, а лом может напоминать молоток мышеловки, но сходство ничего не говорит о том, как производится мышеловка. Для того, чтобы утверждать, что система развивалась постепенно с помощью дарвиновского механизма, человек должен показать, что функция системы могла быть «сформирована многочисленными последовательными, незначительными модификациями».

Продолжение http://proza.ru/2024/08/08/380