В холодных водах Перуанского течения в Тихом океане обитает кальмар
Dosidicus gigas. Его сигарообразное тело вместе со щупальцами достигает
в длину 3,5 м, а масса гиганта может превышать 150 кг. Мощные мышцы
выбрасывают струю воды с силой, с какой она бьёт из пожарного рукава,
благодаря чему кальмар способен двигаться со скоростью до 40 км/ч.
Клювом, очень крепким и острым, он может перебить стальной кабель. По
свидетельству очевидцев, кальмар буквально в клочья раздирает
20-килограммовую рыбину. Этот свирепый хищник очень опасен и для
человека. В книге Фрэнка Лейна «Царство осьминога» утверждается, что
«человек, упавший за борт в местах, где обитает много кальмаров, не
проживёт и полминуты».
Чтобы «зарядиться» энергией, этому
обитателю океана требуется много кислорода — не менее 50 л в час.
Поступающий из морской воды кислород разносится по телу кальмара с
помощью особого белка, содержащего медь, — гемоцианина (от греч. «гема» —
«кровь» и «кианос» — «лазурный», «голубой»).
Стоит заметить, что
в крови позвоночных кислород «транспортируют» атомы железа в составе
гема — особой сложной молекулы, которая входит в состав белка
гемоглобина. Им буквально нашпигованы красные кровяные клетки —
эритроциты. Молекула гемоглобина содержит четыре гемовых фрагмента,
каждый из которых способен связать молекулу кислорода. В отличие от
гемоглобина, в гемоцианине атомы меди непосредственно связаны с
белковыми молекулами, которые не включены ни в какие клетки, а свободно
«плавают» в крови. Зато одна молекула гемоцианина способна связать до
200 атомов меди. И ещё одна особенность гемоцианина — его молекулы
имеют огромные даже для белков размеры. У «обычных» белков, входящих в
состав яиц, молока, мышц, молекулярная масса колеблется в пределах от 6
тыс. до 1 млн., а молекулярная масса гемоцианина может достигать 10
млн.! Это один из самых крупных белков; больше по размеру и массе только
белковые комплексы у вирусов.
Гемоцианин — очень древний
белок. Он устроен проще, чем гемоглобин и не так эффективен. Тем не
менее при малом содержании кислорода в морской воде гемоцианин довольно
успешно снабжает им ткани холоднокровных животных. Так, давление
кислорода в жабрах лангуста составляет всего 7 мм рт. ст. (930 Па), а в
тканях — 3 мм рт. ст.; причём концентрация этого газа в крови
лангуста в 20 раз выше, чем в морской воде.
Кроме кальмаров,
кислород переносится «голубой кровью» также у десятиногих ракообразных
(омары, крабы, креветки). Гемоцианин найден у всех головоногих
моллюсков (осьминоги, кальмары, каракатицы), разнообразных улиток,
пауков и др. А вот у морских гребешков, устриц и других двустворчатых
моллюсков его нет.
Количество гемоцианина в крови может быть
самым разным. Так, у шустрых осьминога и мечехвоста (морское животное
типа членистоногих) концентрация этого необычного белка доходит до 10 г в
100 мл крови — почти столько же гемоглобина в крови человека. В то же
время, у малоподвижного съедобного моллюска морское ушко Haliotis
tuberculata в 100 мл крови всего 0,03 г гемоцианина. Это и понятно:
чем более активно животное,
чем больше кислорода необходимо ему
для восполнения энергетических затрат, тем выше в крови концентрация
белка, переносящего кислород.
Гемоцианин был открыт в 60-х гг.
XIX в., когда биологи заметили, что кровь головоногих моллюсков при
прохождении через жабры окрашивается в голубой цвет. А в 1878 г.
бельгийский физиолог Леон Фредерик доказал, что голубой цвет вызван
реакцией кислорода с медьсодержащим белком, который он назвал
гемоцианином. Когда последний теряет кислород, он, в отличие от
гемоглобина, становится бесцветным. Примечательно, что всю работу по
изучению нового белка Фредерик выполнил в течение одного дня.
Из
гемоцианина нетрудно полностью извлечь медь. Для этого достаточно
обработать белок в отсутствие кислорода реактивом, который прочно
связывается с ионами одновалентной меди. Таким же способом можно
определить содержание мели в гемоцианине. Лишённый этого металла, он
теряет способность переносить кислород. Но если потом ввести в раствор
белка ионы Cu+, гемоцианин восстанавливает свою физиологическую
активность. Так было доказано, что в отсутствие кислорода медь
гемоцианина находится в степени окисления +1. При избытке же этого
газа происходит частичное окисление металла. При этом всегда на одну
связанную гемоцианином молекулу кислорода приходится два атома меди.
Таким образом, кислород окисляет ровно половину атомов меди. Это ещё
одно отличие гемоцианина от значительно более распространённого в
животном мире гемоглобина, в котором все атомы железа равноценны и
имеют заряд +2 как в свободном состоянии, так и в комплексе с
кислородом. |
З В О Н О К НА У Р О К