Всякого здравомыслящего человека, желающего пожить подольше, беспокоит вопрос: почему, несмотря на все декларируемые перед публикой достижения современной медицины и громогласные заявления о невероятных успехах в лечении, заболеваемость во всем мире упорно продолжает не только расти, но и молодеть? Никак что-то «приход» с «расходом» не сходится.

Как ни странно это прозвучит для многих людей, но одним из фундаментальных вопросов жизнедеятельности клетки является вопрос:

«В каком состоянии находится внутриклеточный K⁺ — в свободном (растворенном в воде цитоплазмы) или в связанном?»

Понимание (или, наоборот, непонимание) практически всех свойств клетки целиком и полностью зависит от ответа именно на этот вопрос. Существующая наука о клетке дает на него неправильный ответ — в частности именно поэтому медицина и бессильна против большинства заболеваний, точно также как ошибка в расчетах фундамента высотного здания приводит к его обрушению со всем его многомиллионным содержимым.

Не утруждая читателя историей исследования этого вопроса, сразу дадим правильный ответ: ионы калия в здоровой, интактной клетке находятся в связанном состоянии, а избирательность клетки к ионам К⁺ и способность аккумулировать (накапливать) его определяется наличием центров связывания.

Связывание К⁺ клеточными белками является основным положением теории Линга, и вся физиология клетки строится именно на этом, прочном и надежном фундаменте. Будучи катионом (положительно заряженным ионом), К⁺ взаимодействует с фиксированными в пространстве отрицательно заряженными центрами, представляющими собой, главным образом, свободные карбоксильные группы остатков бикарбоновых аминокислот (аспарагиновой и глутаминовой), входящих в состав белков.

Элементарной жизнеспособной структурой является отнюдь не целая клетка, а ее часть — протоплазма, представляющая собой белково-водо-ионный комплекс. При этом белки являются «арматурой» всего комплекса, определяющей все его основные свойства. Для того, чтобы успешно справляться со своей задачей, белковая молекула должна иметь три ключевые структурные особенности:

1. Наличие свободных карбоксильных групп, необходимых для связывания катионов.
2. Геометрически правильное чередование пептидных связей, обладающих дипольным моментом.
3. Наличие центров связывания для управляющих лигандов — АТФ, Ca²⁺, гормонов и т.д.

Молекула белка линейной формы с геометрически правильным чередованием диполей пептидных связей (кислород — отрицательный диполь, азот — положительный) является идеальной матрицей, благодаря которой внутриклеточная вода структурируется и становится похожей на раствор желатина в воде, т.е. на желе или гель. Дипольные заряды всех пептидных связей белка, взаимодействуя с дипольными молекулами воды, ориентируют их в пространстве и резко ограничивают подвижность. Первый слой ориентированных и связанных белком молекул воды является, в свою очередь, матрицей для следующего водного слоя и т.д. В результате вокруг белка образуется многослойная водная шуба. Чем большая доля пептидных связей данной белковой молекулы доступна воде (что зависит от ее конформационного состояния), тем эффективней такой белок структурирует (желирует) воду.

При связывании АТФ электронная плотность на карбоксильных группах меняется так, что повышается их сродство к К⁺ и он начинает аккумулироваться в клетке. Сам белок при этом «распрямляется», большая часть его пептидных связей начинает взаимодействовать с водой, что приводит к образованию вокруг белковой молекулы водяного кокона. Соседние коконы сливаются — это приводит к резкому повышению содержания в клетке связанной воды. В такой структуре могут оставаться только молекулы и ионы малого размера, которые легко вписываются в «кристаллическую» решетку многослойной системы ориентированных молекул воды. Тот же Na⁺, например, из-за слишком большой гидратной оболочки в эту систему не вписывается и, в конечном счете, вытесняется из клетки.

≡≡≡ Небольшое отступление в помощь пониманию происходящего.

1. О наступлении морозов мы узнаем не только по термометру или по прогнозу погоды, но и по замерзшим лужам. А более любопытные при этом еще и пытаются выяснить, как это на поверхности грязной лужи образуется такой прозрачный лед?
2. Эскимосы при приготовлении питьевой воды берут морской лед, прекрасно понимая, что получат из него пресную воду. Почему?
3. В Японии во время зимних праздников создают ледяные скульптуры. Они прозрачны, как и подобает быть льду. Все попытки японцев получить цветной лед не увенчались успехом, так как ввести в кристаллическую решетку льда вещества-красители практически невозможно. Почему?

Ясно одно — кристаллы льда не допускают внутрь себя каких-либо других молекул, кроме молекул воды. Поэтому становится прозрачным и лед, образовавшийся на поверхности грязной лужи. Поэтому и лед, образующийся из морской воды, вытесняет из себя все минеральные соли, имеющиеся в ней. И естественно, что из такого льда получается пресная вода.

При расщеплении АТФ события развиваются в обратном направлении — К⁺ и вода сбрасываются, значительная часть пептидных связей белка уходит от контакта с водой, Na⁺ замещает K⁺ в центрах связывания, в результате чего может наступить гибель протоплазмы или даже всей клетки.

Циклы связывания/расщепления АТФ и соответствующие этому изменения в структуре и свойствах белково-водо-ионного комплекса (вместе с вкладами от других управляющих лигандов) являются основой функционирования всех белков, клеточных структур, органелл и всей клетки в целом.

Перейдем теперь к четырем фундаментальным свойствам клетки и взглянем на них с позиций не научной фантастики, вошедшей в учебники, но теории Линга:

1. Клетка полунепроницаема потому, что структурированная клеточная вода (хоть в так называемой «мембране», хоть в цитоплазме) является хорошим растворителем для одних веществ и плохим для других. А вовсе не потому, что где-то там есть какие-то дырки, поры, помпы или насосы.
2. В клетке аккумулируются только те вещества, для которых имеется достаточное количество центров связывания. Чем больше таких центров и чем выше их сродство к данному иону, тем больше разница между внутриклеточной и внеклеточной концентрацией данного иона.
3. Осмотическое равновесие клетки со средой есть результат связывания воды с белками. Осмотическая активность белка определяется величиной доли пептидных связей, доступных для взаимодействия с водой.
4. Электрический потенциал клетки представляет собой адсорбционный потенциал, т.е. результат связывания ионов с белками поверхностного слоя клетки, непосредственно контактирующего с внешней средой. Величина этого потенциала определяется сорбционными свойствами белков пограничного слоя — плотностью фиксированных зарядов, их избирательностью и сродством к противоионам.

И, наконец, распределение между клеткой и окружающей ее средой кислорода, K⁺, аминокислот, углеводов и всего остального имеет в своей основе не разные механизмы, как сегодня принято считать, а один и тот же. Имя этому механизму — сорбция на внутриклеточных структурах, т.е. на клеточных белках, пронизывающих все тело клетки. По сути, механизм накопления клеткой К⁺ и механизм накопления эритроцитом кислорода являются схожими.

Резюме

Теория Линга несет с собой смерть принятой во всем мире, считающейся незыблемой мембранной теории, объясняющей 4 фундаментальных свойства клетки свойствами ее мембраны, которая в воображении горе-ученых аналогична презервативу, изрешеченному дырочками и заполненному неким жидким раствором. Этими фундаментальными свойствами являются

1. полупроницаемость
2. способность избирательно аккумулировать вещества
3. способность сохранять осмотическую стабильность
4. способность генерировать электрические потенциалы.

Фундаментальными эти свойства являются потому, что наше понимание (а точнее непонимание) механизмов, лежащих в их основе, определяет наши представления практически о любой стороне жизнедеятельности клетки и, естественно, способности (точнее неспособности) влиять на таковую.

Теория Линга основывается не на свойствах несуществующей мембраны, а на сорбционных свойствах белков, пронизывающих всю клетку по аналогии с тем, как волокнистая ткань пронизывает сочный стебель сельдерея, не имеющий выраженной шкурки, т.е. мембраны.

Прежде всего, речь идет о связывании самых массовых компонентов клетки — воды и ионов K⁺. Разумеется, сорбционные свойства белков не остаются неизменными, а зависят от окружающих их условий.

Вода сорбируется полипептидным остовом — общим элементом абсолютно всех белков (различия обусловлены лишь боковыми цепями). Он представляет собой геометрически правильное чередование диполей, положительные и отрицательные полюсы которых выстроены в шахматном порядке, пространственно комплементарных молекулам воды.

Ионы K⁺ избирательно связываются карбоксильными группами остатков бикарбоновых аминокислот. Избирательность определяется электронной плотностью на карбоксильных группах, которая является суммарным итогом взаимодействий белка с малыми молекулами. Наиболее сильным модификатором распределения электронной плотности в белке является АТФ, обладающая сильным электроноакцепторным действием. В покое АТФ адсорбирована на ключевых белках клетки, что приводит к образованию комплекса

(АТФ)_m(белок)_n(H₂O)_p(K⁺)_q

где n может быть настолько большим, что в состав комплекса могут войти ключевые белки всей клетки.

При расщеплении АТФ этот комплекс разрушается с образованием

m(АДФ) + m(P_i) + p(H₂O) + q(K⁺)

где P_i — ортофосфат. Иными словами, вода и K⁺ десорбируются, а белковая молекула сворачивается таким образом, что ее пептидные связи становятся недоступными растворителю — образуются вторичные структуры белка. Карбоксильные группы белка теряют избирательность к K⁺ и обретают селективность к Na⁺.

Роль диффузионного барьера на «входе» в клетку играет связанная, гелеподобная вода (а вовсе не липидная мембрана), а избирательное связывание K⁺ белками клетки упраздняет необходимость выдумывать не только натриевый насос, но и все остальные.

Кроме всего прочего, Линг показал, что Na,K-АТФаза также представляет собой никакой не насос (как это принято считать в существующих научных кругах), а ионный рецептор, и объяснил, почему этот фермент может селективно связываться с ионами Na⁺ и K⁺, и почему избирательность к этим катионам может меняться.