4. Роль води в енергетичних та хімічних процесах організму

Роль води в основних біохімічних реакціях відомо давно, але останнім часом на це не звертали дуже великої уваги, вважаючи, що води в організмі завжди вистачає для нормального їх протікання. Якщо ж придивитися уважніше, то стане ясно, що для одних процесів потрібна як би одна вода, для інших – зовсім інша, для третіх ще якась, і т.д. Тоді можлива ситуація, при якій організм може страждати від спраги при, здавалося б, надлишку в ньому води через дефіцит тієї, що потрібна йому в даний момент. Наприклад, для отримання з їжі живильних речовин і будівельних матеріалів основні компоненти їжі – білки і вуглеводи повинні бути роздроблені на дрібні фрагменти. Це відбувається за рахунок гідролізу – розщеплювання полімерів водою. Але щоб гідроліз пройшов, повинна розділитися на дві частини і сама молекула води. Значить, ефективність розщеплювання харчових полімерних молекул залежить не тільки від їх складу і структури, не тільки від ферментів, які їх розщеплюють, але і від того, чи достатньо там, де йде гідроліз, саме тієї води, яка володіє необхідною для здійснення гідролізу структурною організацією. Гідроліз протікає і у внутрішньому середовищі організму, де одні полімери безперервно заміщаються іншими, де постійно перебудовуються внутріклітинні і позаклітинні структури. Шляхом гідролізу усуваються старі, відпрацьовані біополімери або ті, що в даний момент не потрібні.

На місце розібраних на дрібні шматочки біополімерів повинні поступити нові. Вони збираються в клітині з молекулярної цегли, яка в потрібній послідовності стикується один до одного. Коли до ланцюга біополімеру, що росте, пришивається нова ланка, звільняється одна молекула води. Ця хімічна реакція носить назву поліконденсації, і вона, по суті, протилежна гідролізу. Останнім часом учені не дуже замислювалися над тим, як в клітині, яку вони розглядали як не дуже концентрований розчин (пригадаємо, що більше 99% всіх молекул клітки – це молекули води), взагалі може йти такий процес. Адже молекулу води, що звільнилася при з'єднанні двох цеглин, здавалося б, не так вже просто «виштовхнути» в оточуючу воду. Але якщо велика частина молекул води там, де йде синтез полімерів, не вільна, а зв'язана: входить, наприклад, до складу тих або інших оболонок, то виниклій при поліконденсації молекулі води набагато простіше покинути місце свого народження. Природно, там, де йде синтез, властивості водного середовища повинні різко відрізнятися від води в місцях гідролізу. В тому місці, де йде гідроліз, вона повинна бути вільніша, щоб забезпечити для гідролізу достатню кількість вільних молекул. Дотепер ці міркування, як правило, не бралися до уваги при розгляді обміну речовин.

Вода виконує також роль будівельного комплексу. Відомо, що істотна частина енергетичних процесів в клітинах будь-якого організму забезпечується молекулами АТФ – так би мовити, універсальною енергетичною валютою. Молекули АТФ несуть в собі легко доступну енергію, і, розщеплюючись, вони віддають її в потрібному місці в потрібний час. Для здійснення будь-якого акту життєдіяльності, наприклад, м'язового скорочення, молекула АТФ повинна розпастися на два фрагменти – молекулу АДФ і залишок фосфорної кислоти, а цей розпад – суть гідролізу. Значить, насправді, енергія звільняється при зв'язаному процесі розпаду молекули АТФ і молекули води і якщо останнє утруднене, то реалізувати енергію молекули АТФ стає важче. А щоб запасти енергію в молекулі АТФ, її необхідно синтезувати, з'єднавши молекулу АДФ із залишком фосфорної кислоти. І при цьому молекула води звільняється. Неважко здогадатися, що в тому місці, де АТФ синтезується і в тому місці, де вона розпадається, вода повинна бути по-різному зв’язаною.

Інше відоме джерело енергії – це різниця електричних потенціалів між клітиною і середовищем за рахунок нерівномірного розподілу між ними іонів калію і натрію. Концентрація калію в живій клітці багато вище, ніж в середовищі, а натрію набагато більше в середовищі, ніж в клітці. Особливо велика ця різниця в нервових клітках, де вона досягає багатьох десятків мілівольт. Проведення нервового імпульсу – це електричний розряд, при якому іони калію викидаються з клітки, а іони натрію входять в неї. Потім клітка направляє енергію обміну речовин на відновлення потенціалу до наступного його розряду. На роль води в цьому процесі уваги майже не звертають, хоча перерозподіл іонів калію і натрію супроводиться як перерозподілом води між кліткою і середовищем, так і істотною зміною її властивостей. Оскільки кожний іон оточений декількома молекулами води, то води перерозподіляється багато більше, ніж самих іонів. А, значить, і тут стан води як в клітках, так і в позаклітинному середовищі повинне визначати ефективність проведення нервових імпульсів, тобто функціонування нервової системи. Те ж можна сказати і про інші збудливі клітки, наприклад, м'язових, і, в першу чергу, про клітки серцевого м'яза. При скороченні м'язових кліток іони також перерозподіляються як усередині клітки між різними її частинами, так і між кліткою і середовищем разом із зв'язаною цими іонами водою. В незбудливих клітках зміни різниці електричних потенціалів між кліткою і середовищем також грає певну роль у виконанні ними своїх функцій. Отже, стан води важливий для електричної активності всіх кліток живого організму.

Отже, вода грає визначальну роль навіть в добре відомих біоенергетичних процесах, хоча, на жаль, останнім часом ця її роль залишалася поза увагою більшості біологів і медиків. А та роль, яку грає вода в процесах горіння, про які мовилося вище, взагалі практично ніким не обговорюється. Нагадаємо, що горіння відрізняється від тління, тим, що в останньому випадку енергія звільняється у формі тепла, а при горінні, коли горючі речовини напряму окислюються активними формами кисню, звільняються великі порції енергії, які перетворюються на видиме світло. Як це не дивно, виявилося, такою горючою речовиною може бути сама вода.

На рубежі нового тисячоліття відразу в декількох лабораторіях світу було знайдено, що в звичайних умовах: при нормальних температурах і тиску, вода може безпосередньо окислюватися активним киснем з утворенням інших активних його форм. Одна з них – це добре відомий перекис водню, Н2О2, яку можна зобразити як Н-О-О-Н. Але ще в кінці 19 століття російський хімік А.Н. Бах (пізніше – академік АН СРСР, засновник академічного Інституту біохімії, названого його ім'ям), передбачив, що можливе існування поліокисів водню типу Н2О3 (Н-О-О-О-Н) і Н2О4 (Н-О-О-О-О-Н), які повинні володіти ще більш високою «запальною активністю», ніж перекис водню. Згідно висунутої ним в 1897 р. теорії, яку він продовжував відстоювати ще майже півстоліття, саме з активації кисню, зокрема, при утворенні перекісних з'єднань, починаються будь-які окислювальні процеси в організмі, що живе за рахунок енергії, одержуваної від дихання.

Хоча перекисна теорія Баха грунтувалася на солідних наукових фактах, вона залишилася на периферії біоенергетики. І лише в 2000 році американські учені встановили, що воду може окисляти активований кисень (синглетний кисень) внаслідок чого утворюється перекис водню. Проміжними продуктами при цьому є Н2О3 і Н2О4. За певних умов вони можуть навіть нагромаджуватися у воді, перетворюючи її на джерело цінної енергії.

Американські учені довели, що окислення води киснем, а, по суті, її горіння постійно йде в крові людини і тварин. Давно відомо, що циркулюючі в крові захисні білки – антитіла – зв'язуються з чужорідними для організму молекулами для їх подальшого усунення. Відкриття полягало в тому, що антитіла сприяють горінню води. Вони так організовують воду в просторі, що вона каталізує власне окислення синглетним киснем до перекису водню. Ця властивість антитіл, очевидно, сприяє ефективному виконанню ними захисних функцій. Оскільки активні форми кисню – сильні дезинфікуючі засоби, значить, вірусам і бактеріям завдається збитку вже у момент скріплення з ними антитіл, тому що вода буквально «горить» навкруги них.

Антитіла захищають організм і від його власних молекул, якщо ті не відповідають встановленому «стандарту». Як ми відзначали вище, в нормі старі, відпрацьовані своє молекули усуваються шляхом гідролізу. Інший шлях їх видалення – це їх спалювання активними формами кисню. При гідролізі з високополімерних «відходів» обміну речовин виходить цегла, яку можна використовувати для побудови нових біополімерів і інших потрібних організму в даний момент біомолекул. При спалюванні відходів звільняється вкладена в них енергія. Ефективність обох процесів вимагає крім інших важливих чинників (наявність відповідних ферментів, достатнього надходження активного кисню для спалювання «відходів») особливої структурної організації води. Якщо ж оптимальні умови видалення відходів не забезпечені, в органах і тканинах нагромаджуються «нестандартні молекули», по суті, токсини, а в крайніх випадках наступає пухлинне переродження кліток. І тоді до боротьби з цими «внутрішніми ворогами» підключаються і клітки імунної системи, і антитіла, які здатні самостійно структурувати воду, і «спалювати» супротивника за допомогою активних форм кисню. Але ж основне призначення імунної системи – це захист організму від зовнішніх «ворогів», а боротьба з «внутрішнім ворогом» – це додаткове і не зовсім природне на неї навантаження. Якщо війна з «криміналом» продовжується дуже довго, можливо розвиток хронічних запальних станів або інших порушень імунітету, наприклад аутоіммунних захворювань, коли антитіла починають ворогувати не тільки з нестандартними молекулами, але і з цілком нормально функціонуючими молекулами організму, що приводить до його саморуйнування.

Отже, роль води, і сама вода – центральний персонаж у всіх процесах, що забезпечують життя будь-якого організму. Порушення її нормальної структурної організації, точніше за співвідношення різних структурних організацій і динамічних характеристик може служити одній з основних причин виникнення найрізноманітніших захворювань. Значить, запобігання хвороб або лікування вже хворого вимагає не менше уважного відношення до водної основи організму, ніж до стану його «твердих молекул», бо нормальна робота всіх кліток, органів і тканин можлива тільки тоді, коли вода і «тверді включення» в ній функціонують погоджено.