Таким образом, для понимания того, как начинается превращение одной микроскопической яйцеклетки, скажем, в слона, не хватало еще одного, самого первого механизма регулирования. То есть такого механизма, который способен действовать еще до того, как началась специализация клеток и включился аутокринный гормональный регулятор.

Сегодня, в ХХІ в., можно говорить, что такой механизм открыт. Передача информации в нем осуществляется не при помощи химических ее носителей — гормонов, а при помощи физических посредников — электромагнитных излучений. Основой такой передачи информации служит кислород, а вернее — особое строение его молекулы, следствием которого являются его особые химические свойства.

Чтобы понять тот путь, который привел к одному из фундаментальных открытий в биологии, нужно вернуться в 1969 г.

Именно тогда американские биохимики Дж. Маккорд и И. Фридович (McCord J., Fridovich I.) открыли новый фермент — супероксиддисмутазу (СОД). Он катализирует реакцию взаимодействия (дисмутации) двух супероксидных радикалов с образованием перекиси водорода и молекулярного кислорода. Открытие СОД совершило революцию в умах биохимиков: раз есть фермент, удаляющий свободные радикалы, специально вырабатываемый животными клетками (и, как выяснилось, чрезвычайно широко распространенный живой природе), то понятно, что и сами радикалы существуют в природе и почему-то их надо обязательно удалять. До этого мало кто думал, что в метаболизме живых организмов участвуют не только «настоящие» молекулы, но и свободные радикалы.

Само понятие свободного радикала в химии существовало давно. Свободные радикалы — это молекулярные частицы, обладающие высокой реакционной способностью. Хорошо известно, что в молекулах (включая те, из которых состоит наш организм) электроны на внешней электронной оболочке располагаются парами: одна пара на каждой орбитали.

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул тем, что у них на внешней электронной оболочке имеется неспаренный (одиночный) электрон. Это делает радикалы химически активными, поскольку они стремятся вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул и тем самым их повреждая.

Дальнейшие исследования показали, что основные радикалы, которые образуются в клетках, — это радикалы кислорода (супероксид и гидроксильный радикал), монооксид азота, радикалы ненасыщенных жирных кислот, радикалы, образующиеся в окислительно-восстановительных реакциях (например, убихинол). Радикалы образуются также при воздействии ультрафиолетовых лучей и в ходе метаболизма некоторых соединений (ксенобиотиков), в том числе некоторых препаратов, одно время применявшихся в качестве лекарств.

Вот тут-то и было обращено пристальное внимание на кислород. До того времени уже устоялось представление о том, что он используется живым организмом как окислитель для получения энергии в ходе окислительно-восстановительных реакций и как химический элемент, входящий в состав органических соединений.

Радикалы кислорода: супероксид. ОО и гидроксильный радикал ОН (точка означает неспаренный электрон) могут быть побочными продуктами биохимических реакций, они химически активны, могут нанести существенный ущерб живой клетке, и их нужно удалять. Но дело в том, что в организме существует фермент НАДФН-оксидаза, который обычный молекулярный кислород О₂, переводит в супероксидную форму! Причем переводит много — до 10 %.

Картина получалась ошеломляющая. Организм сам специально производит супероксидные радикалы. ОО, чтобы их тут же дисмутировать, то есть по сути дела — уничтожить при помощи повсеместно в нем присутствующего (и очень активного) фермента СОД.

Дальнейшее изучение особенностей молекулы кислорода, ее так называемых активных форм (АФК) привело к пересмотру роли кислорода в биохимии.

Динамика роста научной литературы, посвященной активным формам кислорода, свободным радикалам, окислительным процессам с их участием, говорит о стремительно растущем к ним интересе биологов и медиков. В большинстве публикаций по проблемам, связанным с активными формами кислорода, подчеркивается их деструктивное действие на мембраны, нуклеиновые кислоты и белки.

В то же время вне поля зрения большинства исследователей оставался громадный массив данных, свидетельствующих об абсолютной необходимости АФК для процессов жизнедеятельности. Так, при пониженном содержании в атмосфере супероксидных радикалов животные и человек заболевают, а при длительном их отсутствии — гибнут. На производство АФК в норме идет 10–15 %, а в особых обстоятельствах — до 30 % потребляемого организмом кислорода. Становилось также ясным, что определенный «фон» АФК необходим для реализации действия на клетки биорегуляторных молекул, а сами АФК могут имитировать действие многих из них. Именно поэтому все более широкое применение находит «окситерапия» — лечение широкого спектра заболеваний путем искусственной аэроионизации воздуха, обработкой крови такими активным формами кислорода, как озон и перекись водорода.

Таким образом, многочисленные эмпирические данные вошли в противоречие со сложившейся в классической биохимии схемой, в рамках которой АФК видятся лишь как сверхактивные химические частицы, которые могут нарушать стройный ход нормальных биохимических процессов. В то же время не принималась во внимание главная особенность реакций с участием АФК — их чрезвычайно высокий энергетический выход, достаточный для генерации электромагнитных волн. Но благодаря именно этой особенности они могут формировать своеобразные биоэнергетические потоки, необходимые для запуска.

Кислород необходим для всех» организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2 % от массы его тела, потребляет около 20 % получаемого организмом кислорода. Считалось, что почти весь О₂, потребляется при окислительном фосфорилировании в митохондриях, но их содержание в нервной ткани не больше, если не меньше, чем в других энергозависимых тканях. Следовательно, существует другой путь утилизации О₂, и мозг должен потреблять его на этом пути активнее, чем другие ткани. Альтернативный путь использования О₂, для получения энергии — его одноэлектронное восстановление. Свойства молекулы О₂, в принципе позволяют получать энергию и на этом пути.

Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит два неспаренных электрона на валентных орбиталях.

Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном состоянии, когда все их электроны спарены. Избыточная энергия О₂, (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до двух молекул воды, получив с атомами водорода четыре электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов.

Несмотря на большой избыток энергии, кислород с трудом реагирует с окисляемыми им веществами, поскольку молекула О₂ находится в энергетически устойчивом состоянии… Если же О₂, тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О₂ и образуются промежуточные соединения, названные АФК благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О₂ превращается в супероксид-анион радикал О^-₂. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, Н₂О₂. Перекись, будучи не радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись при этом в чрезвычайно активный гидроксил-радикал ОН-, который легко отнимает у любой органической молекулы атом водорода, превращаясь в воду.