Так что в конечном счете клетки получают необходимый им для жизни кислород именно благодаря замечательному круговороту гемоглобина с его железом. Но при всей важности гемоглобина роль железа в нашей жизни этим не исчерпывается. В организме взрослого, здорового человека содержится 4–5 граммов железа, а в гемоглобине его примерно 2–2,5 грамма. Это значит, что остальное железо делает в организме что-то другое. И действительно, как установили ученые, часть этого железа (тоже в составе гемов) содержится в других белках — так называемых цитохромах. Они тоже крайне важны для жизни, потому что играют центральную роль в том химическом процессе (он называется зубодробительным словом «окислительное фосфорилирование»), с помощью которого клетки запасают энергию для жизненных реакций.
Этот циклический процесс еще сложнее, чем дыхание. Он начинается со сжигания (окисления) пищи, то есть противоположен тому, что делают растения на свету: растения поглощают энергию света, чтобы с ее помощью превратить воду и углекислый газ в кислород и углеводороды, а здесь клетки, наоборот, превращают кислород и углеводороды (белки, жиры и сахара) в воду и углекислый газ, при этом выделяя энергию. А затем эта энергия (полученная в конечном счете из пищи) идет на закручивание огромного множества особых молекулярных «пружин» (они именуются АТФ), которые могут позже, в любое нужное время и в любом месте клетки, раскручиваясь, вернуть ей нужное количество запасенной в них энергии.
Цитохромы принимают активное участие в этом важнейшем кругообороте жизни. Если гемоглобин доставляет для этого процесса кислород и уносит образующийся в этом процессе углекислый газ, то цитохромы — опять-таки благодаря своему железу (которое может легко переходить из одного электронного состояния в другое) — помогают быстро и в нужном порядке производить реакции, необходимые для запасания энергии в ходе образования АТФ. Но не менее важную роль играют и те атомы железа, которые связаны с белками третьего вида — трансферринами. Молекула трансферрина — это главное транспортное средство для переноса железа во все клетки организма. Этот важный процесс происходит так. Железо поступает в организм вместе с пищей. Пища переваривается в кишечнике, всасывается в его стенки и отдает их клеткам все нужные организму вещества. В том числе и атомы железа. Эти атомы подхватываются молекулами трансферрина, которые присоединяют железо к себе к себе и плывут с ним в кровотоке, пока не встретят клетки, нуждающиеся в железе. Им они и отдают свой драгоценный груз.
Один из главных получателей «железного» груза — группа клеток костного мозга, жизненное назначение которых — превратиться в зрелые эритроциты. На поверхности таких клеток есть специальный приемник трансферрина, присоединившись к которому молекула трансферрина вместе с ее железом втягивается внутрь клетки. Там она отдает свое железо, которое потом войдет в состав гемоглобина, а сама выходит из клетки обратно в кровоток и отправляется в кишечник на поиск новых атомов железа. Так что без трансферрина не было бы гемоглобина, а значит — и кислород не мог бы соединяться с эритроцитами и поступать в клетки. Но эритроциты живут недолго — они разрушаются, и «чистильщики»-макрофаги пожирают их останки вместе с содержащимся в них железом. Поэтому организму нужны все новые и новые эритроциты, то есть все новое и новое железо, и потому трудяги-трансферрины практически никогда не отдыхают. Вечные труженики.
Честно трудятся и другие железосодержащие белки — молекулы миоглобина. Этот белок, как видно по названию, — родственник гемоглобина, только его гем (та химическая группа, напомним, в центре которой находится атом железа) имеет несколько иную структуру (и даже называется иначе — порфирин). Миоглобин — один из главных белков всех мышечных тканей и одно из главных (после гемоглобина) хранилищ железа в организме (не случайно телятина полезней в качестве источника железа, чем, скажем, рыба). Благодаря обилию железа миоглобин обеспечивает наши мышцы кислородом, и тогда они лучше работают (специальные опыты показали, что мыши, искусственно обедненные миоглобином, хотя и живут кое-как, но их сердечная мышца при этом на треть слабее нормальной). Так что сила наших мышц, как видим, зависит от железа, и если шпинат дает нам какую-нибудь силу, то не потому, что в нем есть нитраты, а потому, что в нем есть железо.
Железо выполняет в нашем организме множество жизненно важных функций — куда там селену или тому же хрому. Но как оно само попадает в организм? Как уже говорилось, оно приходит вместе с пищей, которая всасывается клетками стенок кишечника. Эти клетки наделены от природы способностью получать химические сигналы о количестве железа, имеющегося в любой данный момент в организме, и стало быть — о том, сколько железа организму нужно. Дело в том, что железо все время выводится из организма: после того как макрофаги пожирают останки железосодержащих клеток, эти останки перерабатываются и в конце концов выходят наружу. Ушедшее железо надо восполнять, и клетки стенок кишечника, в зависимости от полученных химических сигналов, отправляют в организм то или иное количество железа — понятно, с помощью молекул трансферрина. Остальное железо они хранят «на всякий случай» — внутри молекул ферритина.
В норме этот процесс непрерывного пополнения уровня железа имеет определенную, рутинную скорость, но он резко ускоряется в случае большой кровопотери. И тут особенно плохо женщинам — они теряют железо как с кровью во время менструаций, так и во время беременности, потому что отдают часть своего «железного запаса» драгоценному зародышу. И эту последнюю потерю особенно трудно восполнить — как показали исследования, у часто рожающих женщин уровень железа так и остается ниже нормы, потому что они не успевают его восполнять. Одно время существовало даже мнение, что с началом менструаций железо в женском организме тоже не успевает восполняться и потому его уровень вроде бы должен из года в год уменьшаться. Однако Р. Бергстром еще в 1985-м показал, что это не так: несмотря на менструации, уровень железа в женском организме в среднем остается практически постоянным. А вот о мужчинах этого сказать нельзя. С началом выработки мужского полового гормона (тестостерона) уровень железа у подростков начинает расти, и этот рост продолжается до определенного возраста. У женщин тестостерон почти не вырабатывается, вот почему у них уровень железа (по достижении зрелости) практически не меняется.
А теперь, после этого гимна во славу пользы железа, скажем несколько слов также о его двойственности. Напомню прежде всего, что, как мы видели, железо в организме во всех случаях находится в связанном виде — будь то в гемоглобине, цитохроме или трансферрине. А всякое свободное, неработающее железо немедленно связывается внутри молекулы ферритина. Невольно возникает впечатление, что, хотя организм очень нуждается в железе, он избегает железа свободного. И это правильное впечатление. Всякий излишек железа, который не может быть связан всеми упомянутыми выше способами, выводится из организма с помощью сложной системы реакций, все время поддерживающих «железное равновесие» в организме.
Почему же организм так избегает свободного железа? Дело в том, что железо не только с легкостью принимает электроны, но с такой же легкостью их отдает, и, если бы в организме имелись свободные атомы железа, они бы при любом удобном случае отдавали свои электроны окружающим молекулам, тем самым превращая их в свободные радикалы (так называются атомы и молекулы с лишними, свободными электронами). А такие радикалы разрушительно действуют на ткани и органы. Вот почему организм научился в ходе эволюции так тщательно прятать свое свободное железо.
Но свободное железо необходимо связывать и по причине инфекций. Как уже отмечалось выше, бактерии и другие инфекционные агенты, будучи существами «кислородными», с тем же циклом дыхания, сжигания пищи и «окислительного фосфорилирования», что все прочие живые существа (кроме анаэробных), остро нуждаются в железе и там, где есть свободное железо, находят его и немедленно начинают бурно размножаться, усиливая заражение и болезнь. Этому есть множество самых разных примеров. Так, исследователи Африки открыли, что зулусы употребляют пиво, которое варят в железных горшках, и в результате много чаще страдают амебными болезнями, чем масаи, которые такими горшками не пользуются. Можно думать, что частицы железа, попадающие в организм из горшков, не усваиваются (будучи «лишним» железом) и уходят в кишечник, где становятся пищей для амеб. О том же говорит тот факт, что среди масаев, которые почему-либо получали пищевые добавки с железом, 88 процентов вскоре заболели. Аналогичная ситуация была с туберкулезными больными в Америке. Туберкулез вызывает анемию, и многие врачи предписывали больным пищевые добавки, содержавшие слишком много железа. Результатом во многих случаях было обострение болезни. Любопытно, что последующий опрос показал, что 90 с лишним процентов врачей и фармацевтов не понимали, что при больших дозах вводимого таким образом железа трансферрин не успевает переносить его в ферритин и оставшиеся свободными атомы железа становятся мощным стимулом размножения туберкулезных палочек. Такое же непонимание опасной роли свободного железа существовало до недавнего времени и в отношении беременных женщин, которым зачастую предписывали слишком большие дозы пищевых добавок с железом.
