Точно так же, рассматривая сначала отдельные клетки тела, затем мельчайшие структуры в клетках и, наконец, реакции молекул в этих структурах, мы можем понять, какое серьезное влияние оказывают на наши внутренние органы случайно попавшие туда химические вещества. Медицина только недавно обратила внимание на роль отдельных клеток в процессе выработки энергии, необходимой для поддержания жизни. Исключительно важный механизм, вырабатывающий энергию, является необходимым не только для сохранения здоровья, но и самой жизни. По своей значимости он превосходит самые важные органы, ибо без бесперебойного и эффективного окисления, при котором вырабатывается энергия, невозможны какие бы то ни было жизненные функции организма. Однако природа многих химикатов, используемых в борьбе с насекомыми, грызунами и сорняками, такова, что они могут непосредственно воздействовать на эту систему и нарушить работу слаженного механизма.
Исследования, которые привели к пониманию процесса клеточного окисления, являются одним из наиболее значительных достижений в области биологии и биохимии. Среди тех, кто внес вклад в эту работу, много лауреатов Нобелевской премии. Работа эта ведется вот уже четверть века и полностью не завершена еще и сейчас. Только в последнем десятилетии разрозненные экспериментальные данные были объединены в единое целое и биологическое окисление стало составной частью научных познаний биологов. Еще более важным является тот факт, что врачи, получившие медицинское образование до 1950 года, не имели возможности по-настоящему оценить исключительную важность этого процесса и опасность его нарушения.
Энергия вырабатывается не одним каким-либо специальным органом, каждой клеткой нашего тела. Живая клетка, как пламя, сжигает топливо и производит энергию, от которой зависит жизнь. Это сравнение скорее поэтичное, чем точное, так как для «сжигания» топлива клетке достаточно умеренного тепла человеческого тела. Все эти миллиарды маленьких огоньков разжигают энергию жизни, сказал химик Юджин Рабинович. Если бы они погасли, «то ни одно сердце не смогло бы биться, ни одно растение не могло бы расти вверх, преодолевая силу земного притяжения, ни одна амеба не могла бы плавать, чувства не могли бы проноситься по нервам, в человеческом мозгу не возникала бы ни одна мысль».
Превращение материи в энергию, происходящее в клетке, — это непрерывный процесс, один из природных циклов обновления, вечно вращающееся колесо. Постепенно, молекула за молекулой, углеводное топливо в форме глюкозы попадает в это колесо; в своем циклическом движении молекула этого топлива распадается и подвергается ряду небольших химических изменений. Изменения происходят в определенном порядке, шаг за шагом, причем каждый шаг направляется и контролируется ферментом, выполняющим только одну эту определенную функцию. На каждом этапе вырабатывается энергия, выделяются отходы (углекислота и вода), и измененная молекула топлива вступает в следующую стадию. Когда колесо делает полный оборот, молекула оказывается уже готовой соединиться с другой молекулой, попадающей в колесо, и начать новый цикл.
Этот процесс, который заставляет клетку действовать подробно химической фабрике, является одним из чудес живой природы. То, что размеры всех функционирующих элементов бесконечно малы, делает это чудо еще более поразительным. За редкими исключениями, сами клетки чрезвычайно малы и видимы только под микроскопом. Однако большая часть работы по окислению производится в еще меньшей мастерской, в крохотных гранулах внутри клетки, называемых митохондриями.
О существовании их известно уже более 60 лет, однако они до последнего времени считались клеточными элементами, выполняющими неведомые и, по всей вероятности, несущественные для организма функции. Только в 50‑х годах началось их интенсивное и плодотворное изучение; за 5 лет митохондриям было посвящено более 1000 работ.
Можно только поражаться терпению и изобретательности, которые потребовались для раскрытия тайны митохондрию. Представьте себе бесконечно малую частицу, едва различимую под микроскопом даже при увеличении в 300 раз. Теперь подумайте, какое требуется искусство, чтобы отделить эту частицу, проанализировать ее компоненты и определить их крайне сложные функции. Однако все это было проделано с помощью электронного микроскопа и биохимических средств.
Теперь стало известно, что митохондрия — это крошечный пучок ферментов, разнообразный их набор, включающий все ферменты, необходимые для окислительного цикла и разложенные в строгом порядке на стенках и перегородках. Митохондрии — это «электростанции», в которых происходят почти все реакции, сопровождающиеся выделением энергии. После того как прошли первые, предварительные стадии окисления в цитоплазме, молекула топлива поступает в митохондрию.