При недостатке кислорода (гипоксии) клетки недополучают энергию и погибают. Из-за местной гипоксии в лучшем случае бледнеют щеки и синеют конечности. А может развиться инсульт или ишемия миокарда, например. Из-за недостатка кислорода люди не могут длительное время находиться в горах или заниматься активным физическим трудом в условиях разреженного воздуха. Хотя есть и исключения. Например, к таким исключениям относятся тибетцы, которые не просто живут и работают, но и рожают детей в условиях высокогорья. Это почти невозможно для жителя средних высот.
Дыхательные белки
Ученые из исследовательских институтов Германии и Израиля под руководством Аарона Авиви (Aaron Avivi) изучили физиологические стратегии, используемые подземными млекопитающими — слепышами (род Слепыши – Spalax). Известно, что эти грызуны обитают в условиях постоянного дефицита кислорода, не задыхаясь и не падая в обморок.
Аэробный метаболизм млекопитающих происходит с участием белков-глобинов. Самый известный – гемоглобин (Hb) входит в структуру эритроцитов и переносит кислород от легких к внутренним органам. В статье «Тибетцы обрели мечту спортсменов и склонность к шизофрении» Infox.ru писал, что к высокогорной жизни тибетцев приспособила особенная кровь, насыщенная необычным гемоглобином.
Есть в организме и другие глобины. Так, миоглобин (Mb) обеспечивает диффузию кислорода внутрь мышечных клеток. Еще два, пока не полностью изученных белка из семейства глобинов – нейроглобин (Ngb) и цитоглобин (Cygb), по всей видимости, подпитывают кислородом нервную ткань и эндокринные органы. Правда, разрозненные данные указывают и на вероятное участие нейроглобина в митохондриальных процессах.
Резюмируя имеющиеся данные, ученые предположили, что устойчивость грызунов к гипоксии может быть сформирована и этими белками (Mb, Ngb, Cygb), функции которых окончательно не выяснены.
Гемоглобин и не только
В ходе эксперимента исследователи провели генетический анализ нескольких видов слепышей. Оказалось, что гены трех глобинов достаточно консервативны и у особей разных видов друг от друга не отличаются. Далее экспериментаторы проанализировали активность этих генов в тканях животных. Оказалось, что гены миолгобина и цитоглобина в большом количестве присутствуют в тканях мозга, особенно в участках наибольшего скопления нейронов. Цитоглобин присутствовал в соединительных тканях животных. Количество мРНК, отвечающей за синтез вышеотмеченных белков в тканях слепышей, оказалось почти в три раза больше, чем в тканях норвежской мыши (Rattus norvegicus), которая тоже не испытывает кислородного голодания.
Ученые полагают, что приспособленность слепышей к хронической гипоксии можно объяснить специфичным распределением белков-глобинов. Эту гипотезу подтверждает и то, что количество белков-глобинов в тканях грызунов увеличивается, если уровень кислорода падает ниже обычного.
С подробностями исследования можно ознакомиться в статье Neuroglobin, cytoglobin, and myoglobin contribute to hypoxia adaptation of the subterranean mole rat Spalax, опубликованной в журнале PNAS Evolution.
