Молекула АТФ в биологии: состав, функции и роль в организме
Важнейшим веществом в клетках живых организмов является аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат. Если ввести аббревиатуру этого названия, то получим АТФ (англ. ATP). Это вещество относится к группе нуклеозидтрифосфатов и играет ведущую роль в процессах метаболизма в живых клетках, являясь для них незаменимым источником энергии.
Первооткрывателями АТФ стали учёные-биохимики гарвардской школы тропической медицины — Йеллапрагада Суббарао, Карл Ломан и Сайрус Фиске. Открытие произошло в 1929 году и стало главной вехой в биологии живых систем. Позднее, в 1941 году, немецким биохимиком Фрицем Липманом было установлено, что АТФ в клетках является основным переносчиком энергии.
Строение АТФ
Эта молекула имеет систематическое наименование, которое записывается так: 9-β-D-рибофуранозиладенин-5-трифосфат, или 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5-трифосфат. Какие соединения входят в состав АТФ? Химически она представляет собой трифосфорный эфир аденозина — производного аденина и рибозы. Это вещество образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием, с 1-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи. К 5-углероду рибозы затем последовательно присоединяются α-, β- и γ-молекулы фосфорной кислоты.
Таким образом, молекула АТФ содержит такие соединения, как аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты. АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается большое количество энергии. Такие связи и вещества называются макроэргическими. Во время гидролиза этих связей молекулы АТФ происходит выделение количества энергии от 40 до 60 кДж/моль, при этом данный процесс сопровождается отщеплением одного или двух остатков фосфорной кислоты.
Вот как записываются эти химические реакции:
Энергия, высвобожденная в ходе указанных реакций, используется в дальнейших биохимических процессах, требующих определённых энергозатрат.
Роль АТФ в живом организме. Её функции
Какую функцию выполняет АТФ? Прежде всего, энергетическую. Как уже было выше сказано, основной ролью аденозинтрифосфата является энергообеспечение биохимических процессов в живом организме. Такая роль обусловлена тем, что благодаря наличию двух высокоэнергетических связей, АТФ выступает источником энергии для многих физиологических и биохимических процессов, требующих больших энергозатрат. Такими процессами являются все реакции синтеза сложных веществ в организме. Это, прежде всего, активный перенос молекул через клеточные мембраны, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала, и осуществление сокращения мышц.
Кроме указанной, перечислим ещё несколько, не менее важных, функций АТФ, таких, как:
Как образуется АТФ в организме?
Синтез аденозинтрифосфорной кислоты идёт постоянно, т. к. энергия организму для нормальной жизнедеятельности нужна всегда. В каждый конкретный момент содержится совсем немного этого вещества — примерно 250 граммов, которые являются «неприкосновенным запасом» на «чёрный день». Во время болезни идёт интенсивный синтез этой кислоты, потому что требуется много энергии для работы иммунной и выделительной систем, а также системы терморегуляции организма, что необходимо для эффективной борьбы с начавшимся недугом.
В каких клетках АТФ больше всего? Это клетки мышечной и нервной тканей, поскольку в них наиболее интенсивно идут процессы энергообмена. И это очевидно, ведь мышцы участвуют в движении, требующем сокращения мышечных волокон, а нейроны передают электрические импульсы, без которых невозможна работа всех систем организма. Поэтому так важно для клетки поддерживать неизменный и высокий уровень аденозинтрифосфата.
Каким же образом в организме могут образовываться молекулы аденозинтрифосфата? Они образуются путём так называемого фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата). Эта химическая реакция выглядит следующим образом:
АДФ + фосфорная кислота + энергия→АТФ + вода.
Фосфорилирование же АДФ происходит при участии таких катализаторов, как ферменты и свет, и осуществляется одним из трёх способов:
Как окислительное, так и субстратное фосфорилирование использует энергию веществ, окисляющихся в процессе такого синтеза.
Вывод
Аденозинтрифосфорная кислота — это наиболее часто обновляемое вещество в организме. Сколько в среднем живёт молекула аденозинтрифосфата? В теле человека, например, продолжительность её жизни составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула такого вещества рождается и распадается до 3000 раз за сутки. Поразительно, но в течение дня человеческий организм синтезирует около 40 кг этого вещества! Настолько велики потребности в этом «внутреннем энергетике» для нас!
Весь цикл синтеза и дальнейшего использования АТФ в качестве энергетического топлива для процессов обмена веществ в организме живого существа представляет собой саму суть энергетического обмена в этом организме. Таким образом, аденозинтрифосфат является своего рода «батарейкой», обеспечивающей нормальную жизнедеятельность всех клеток живого организма.
Атф биология что это
Всего получено оценок: 1291.
Всего получено оценок: 1291.
В биологии АТФ – это источник энергии и основа жизни. Аденозинтрифосфорная кислота &ndash универсальный аккумулятор энергии во всех живых организмах.
Что это?
Понять, что такое АТФ, поможет химия. Химическая формула молекулы АТФ – C10H16N5O13P3. Запомнить полное название несложно, если разбить его на составные части. Аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота – нуклеотид, состоящий из трёх частей:
Более подробная расшифровка АТФ представлена в таблице.
Составные части
Формула
Описание
Производное пурина, входит в состав жизненно важных нуклеотидов. Не растворим в воде
Пятиуглеродный сахар, входящий в состав нуклеотидов, в том числе РНК
Неорганическая кислота, растворимая в воде
АТФ впервые обнаружили гарвардские биохимики Суббарао, Ломан, Фиске в 1929 году. В 1941 году немецкий биохимик Фриц Липман установил, что АТФ является источником энергии живого организма.
Образование энергии
Фосфатные группы соединены между собой высокоэргическими связями, которые легко разрушаются. При гидролизе (взаимодействии с водой) связи между двумя последними фосфатными группами распадаются, высвобождая большое количество энергии (от 40 до 60 кДж/моль), а АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту).
Условно химическая реакция выглядит следующим образом:
которые читают вместе с этой
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + энергия
Рис. 2. Гидролиз АТФ.
Часть высвободившейся энергии участвует в анаболизме (ассимиляции, пластическом обмене), часть – рассеивается в виде тепла и используется для поддержания температуры тела. При дальнейшем гидролизе АДФ отщепляется ещё одна фосфатная группа с высвобождением энергии и образованием АМФ (аденозинмонофосфата). АМФ гидролизу не подвергается.
Синтез АТФ
АТФ располагается в цитоплазме, ядре, хлоропластах, в митохондриях. Синтез АТФ в животной клетке происходит в митохондриях, а в растительной – в митохондриях и хлоропластах.
АТФ образуется из АДФ и фосфата с затратой энергии. Такой процесс называется фосфорилированием:
АДФ + Н3РО4 + энергия → АТФ + Н2О
Рис. 3. Образование АТФ из АДФ.
В растительных клетках фосфорилирование происходит при фотосинтезе и называется фотофосфорилированием. У животных процесс протекает при дыхании и называется окислительным фосфорилированием.
В животных клетках синтез АТФ происходит в процессе катаболизма (диссимиляции, энергетического обмена) при расщеплении белков, жиров, углеводов.
Функции
Из определения АТФ понятно, что эта молекула способна давать энергию. Помимо энергетической аденозинтрифосфорная кислота выполняет другие функции:
Что мы узнали?
Из урока биологии 10 класса узнали о строении и функциях АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты. АТФ состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. При гидролизе связи между остатками фосфорной кислоты разрушаются, что высвобождает энергию, необходимую для жизнедеятельности организмов.
АТФ в биологии – определение и расшифровка (10 класс)
В биологии АТФ – это источник энергии и основа жизни. АТФ – аденозинтрифосфат – участвует в процессах метаболизма и регулирует биохимические реакции в организме.
Что это?
Понять, что такое АТФ, поможет химия. Химическая формула молекулы АТФ – C10H16N5O13P3. Запомнить полное название несложно, если разбить его на составные части. Аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота – нуклеотид, состоящий из трёх частей:
Рис. 1. Строение молекулы АТФ.
Более подробная расшифровка АТФ представлена в таблице.
Составные части
Формула
Описание
Производное пурина, входит в состав жизненно важных нуклеотидов. Не растворим в воде
Пятиуглеродный сахар, входящий в состав нуклеотидов, в том числе РНК
Неорганическая кислота, быстро растворимая в воде
АТФ впервые обнаружили гарвардские биохимики Суббарао, Ломан, Фиске в 1929 году. В 1941 году немецкий биохимик Фриц Липман установил, что АТФ является источником энергии живого организма.
Образование энергии
Фосфатные группы соединены между собой высокоэнергетическими связями, которые легко разрушаются. При гидролизе (взаимодействии с водой) связи фосфатной группы распадаются, высвобождая большое количество энергии, а АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту).
Условно химическая реакция выглядит следующим образом:
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + энергия
Рис. 2. Гидролиз АТФ.
Часть высвободившейся энергии (около 40 кДж/моль) участвует в анаболизме (ассимиляции, пластическом обмене), часть – рассеивается в виде тепла для поддержания температуры тела. При дальнейшем гидролизе АДФ отщепляется ещё одна фосфатная группа с высвобождением энергии и образованием АМФ (аденозин-монофосфата). АМФ гидролизу не подвергается.
Синтез АТФ
АТФ располагается в цитоплазме, ядре, хлоропластах, в митохондриях. Синтез АТФ в животной клетке происходит в митохондриях, а в растительной – в митохондриях и хлоропластах.
АТФ образуется из АДФ и фосфата с затратой энергии. Такой процесс называется фосфорилированием:
АДФ + Н3РО4 + энергия → АТФ + Н2О
Рис. 3. Образование АТФ из АДФ.
В растительных клетках фосфорилирование происходит при фотосинтезе и называется фотофосфорилированием. У животных процесс протекает при дыхании и называется окислительным фосфорилированием.
В животных клетках синтез АТФ происходит в процессе катаболизма (диссимиляции, энергетического обмена) при расщеплении белков, жиров, углеводов.
Функции
Из определения АТФ понятно, что эта молекула способна давать энергию. Помимо энергетической аденозинтрифосфорная кислота выполняет другие функции:
Что мы узнали?
Из урока биологии 10 класса узнали о строении и функциях АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты. АТФ состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. При гидролизе фосфатные связи разрушаются, что высвобождает энергию, необходимую для жизнедеятельности организмов.
Вторая жизнь АТФ: от главной батарейки до нейромедиатора
Микроглия, которая поддерживает работоспособность нервной системы, да и сами нейроны, вовсю экспонируют некие рецепторы. Активатором для них служит АТФ.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Все знают АТФ. Но чем занимается АТФ вне клетки? Во что вылилась «пуримагическая гипотеза»? Каким образом клеточное «топливо», синтезируемое в организме буквально килограммами, становится тонким нейромедиатором? Какие клеточные рецепторы могут разрушать наш организм? Обо всём этом вы узнаете из данной статьи.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта статья участвовала в конкурсе «Био/Мол/Текст»-2020/2021 в номинации «Свободная тема» и будет опубликована в журнале «Наука и жизнь».
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Вездесущий АТФ
Аденозинтрифосфат (АТФ; рис. 1) — это одна из самых важных молекул в нашем организме. Чаще всего АТФ рассматривается как универсальное топливо для многочисленных «молекулярных машин» и реакций в наших клетках. АТФ одна из самых реакционноспособных молекул на планете. Без него сама жизнь в том виде, в котором она есть сейчас, была бы невозможна.
Рисунок 1. Аденозинтрифосфат (АТФ) — «батарейка» всех клеточных процессов, состоящая из пуринового основания аденина, сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, которые хранят в своих связях внушительное количество потенциальной энергии.
Изначально его источником служил лишь бескислородный процесс гликолиза в цитоплазме. Такой способ оказался довольно неэффективным и мог снабжать энергией лишь доядерных прокариот. Появление в клетках верных вассалов-митохондрий позволило вывести производство АТФ на качественно новый уровень и получать его в недостижимых ранее количествах. В митохондриях это происходит при помощи цикла Кребса. Благодаря окислительному фосфорилированию, протекающему в этих органеллах, и клеточному дыханию возникло всё наблюдаемое нами многоклеточное биоразнообразие. Поэтому АТФ в клетках стало много, а за сутки общее количество расходуемого и вновь синтезируемого вещества в нашем теле исчисляется килограммами. Подробнее про синтез АТФ и появление митохондрий можно прочитать на «Биомолекуле» [1].
Более удивительным оказалось то, что и молекула АТФ, и «топливные отходы», получающиеся в результате разрыва фосфатных связей (энергия которых и используется клетками живых организмов для поддержания своей жизнедеятельности), являются частью обширного сигнального аппарата. Эта древняя система сигнализации охватывает весь организм и запускает сложные, порой необратимые, клеточные процессы. Она сообщает нам, когда идти спать, и она же заставляет нас кричать от боли. Находясь на службе клеточного иммунитета, она может как спасти организм от инфекции, так и привести к гибели клеток, став причиной множества воспалительных заболеваний. Более того, АТФ напрямую участвует в регуляции нашей нервной деятельности и служит эффективным нейромедиатором. Однако далеко не сразу эта функция стала очевидной. Для этого потребовались годы усердной работы и исключительное упрямство одного исследователя.
История одного открытия
Люди всегда будут критиковать. Прислушивайся к каждому возражению и проверяй его на практике. И если вдруг окажешься неправ, то ты должен быть первым, кто об этом объявит!
Ульф фон Эйлер,
лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 1970 г.
Началось всё с того, что в начале 1960-х годов британский ученый-нейробиолог Джеффри Бёрнсток (рис. 2) совершил открытие [2].
Рисунок 2. Джеффри Бёрнсток (1929–2020 гг.). Человек, который своими исследованиями подарил АТФ новую жизнь.
Пребывая в Австралии, Бёрнсток исследовал возбуждение гладкой мускулатуры кишечника морской свинки при помощи электрического тока. Можете не волноваться, он работал на срезе ткани, а не на живой свинке. В то время появились новые электрохимические методы, освоив которые, ученому не терпелось перейти к практике. Ему стало интересно проверить, как гладкая мускулатура будет реагировать на ток в условиях полной блокировки всех известных нервных рецепторов в конкретном срезе ткани. Частая практика у нейробиологов — заблокируй лишние рецепторы нейротоксинами, которыми нас снабдила сама эволюция в лице ядовитых растений и животных (ну и заодно химиков-синтетиков), а потом спокойно изучай то, что осталось рабочим.
Для начала он обработал ткань 6-гидроксидофамином (рис. 3а). Это синтетический нейротоксин, который нарушает работу дофаминовых и адренергических рецепторов. Затем нужно было заблокировать второй известный тип рецепторов — ацетилхолиновые. Для этого он накачал ткани атропином (рис. 3б), чтобы наверняка отключить все холинорецепторы.
Рисунок 3. Блокаторы Бёрнстока. а — 6-гидроксидофамин (он же 6-OHDA). б — Атропин — растительный алкалоид, известный блокатор ацетилхолиновых рецепторов.
Далее он ввел электрод и простимулировал ткани коротким электрическим импульсом. Ожидалось, что гладкая мускулатура неотвратимо сократится под действием электричества, однако ничего подобного не произошло. Какая-то неведомая сила противодействовала импульсам тока и запускала процессы, мешающие сокращению. На записях электрических сигналов наблюдалась выраженная гиперполяризация, а мышцы расслаблялись даже при серии таких импульсов.
Про потенциал действия
Дело в том, что при потенциале покоя [72] поверхность клеточной мембраны нейрона внутри и снаружи заряжена по-разному: внутри отрицательно, а снаружи положительно. При закачке положительных ионов в клетку, таких как кальций и натрий, потенциал внутренней поверхности мембраны начинает смещаться в положительную сторону и стимулирует нервное возбуждение (рис. 4). «Полюса» начинают двигаться навстречу друг другу, приводя к так называемой деполяризации, пока не достигнут порогового положительного значения. Надо сказать, что существуют тормозящие ионные каналы, которые впускают в клетку отрицательные ионы (хлора, например), либо выпускают наружу положительные (калий). Также есть рецепторы, которые не дают выделяться нейромедиаторам возбуждения. Проще говоря, всячески препятствуют деполяризации мембраны.
Рисунок 4а. Потенциал действия. Нервная клетка, проводящая потенциал действия по аксону.
Рисунок 4б. Потенциал действия. Схема активации потенциала действия. Подробнее о потенциале действия и методах изучения нервной системы можно прочесть в статье «12 методов в картинках: нейробиология» [3].
Такое перетягивание каната позволяет сформировать адекватный ответ на стимул и определяет конечную «положительность» заряда внутренней поверхности мембраны. Потенциал действия работает по принципу «всё или ничего». Только достигнув некоего внутреннего положительного порога, мембрана нейрона волнообразно передает потенциал действия к месту назначения и снова становится отрицательной (фаза реполяризации). Однако то, чем смещать разницу потенциалов на мембране и передавать по нервам потенциал действия, — электрическим током или входом заряженных ионов, — не имеет значения. Именно поэтому мышцы сокращаются и под действием электрического разряда, прямо как в фантастическом романе о монстре Франкенштейна. Процессом, обратным деполяризации, является гиперполяризация, при которой потенциал действия невозможен. Именно ее и наблюдал Бёрнсток в своем эксперименте.
На его счастье, в тот момент Бёрнсток работал с аспирантом из Японии, который использовал свои связи на родине и достал для исследователя знаменитый тетродотоксин (рис. 5а) из рыбы фугу (рис. 5б). Более подробно про тетродотоксин и с чем его едят, можно узнать, прочитав статью, опубликованную на «Биомолекуле» моим однокурсником: «Тетродотоксин — история элегантного убийцы» [4]. Вкратце, этот токсин известен тем, что может блокировать нервную проводимость и как пробка затыкать натриевые каналы. Однако он не лишает гладкую мускулатуру способности сокращаться. Смертоносное вещество было также принято Бёрнстоком в работу.
Рисунок 5а. Остолбеней! Структура тетродотоксина довольно уникальна по своей природе. Благодаря положительному заряду гуанидиновая группа ловко маскируется под гидратированные ионы натрия и проникает в пору натриевого канала. Однако за ней идет объемная клетка, сшитая из атомов углерода и кислорода, и утыканная гидроксильными группами. Она накрепко застревает в лоне ионного канала, препятствуя ходу ионов.
Рисунок 5б. Остолбеней! Рыба фугу — самый известный источник тетродотоксина. Однако виной всему не сама рыба, а обитающие в ней бактерии-симбионты. Именно они служат поставщиками яда в ее органах. Фугу считается экстремальным деликатесом в Японии, а для права ее приготовления повару требуется специальная лицензия. Остаточные дозы тетродотоксина в мясе все еще способны вызвать онемение губ и языка у отъявленных гурманов.
После его применения реакция на электрический разряд наконец стала такой, какой ожидалось — гиперполяризация пропала, а мышцы сократились. Вывод был очевиден: в нервах гладкой мускулатуры кишечника присутствовали неизвестные рецепторы (не холинергические и не адренергические), которые противодействовали сокращению и выполняли функции, тормозящие нервный импульс [5]. Начался усиленный поиск вещества, которое могло бы служить активатором этих новых загадочных рецепторов. К поиску применялся ряд стандартных критериев, таких как:
Однако испробованные нейропептиды, моноамины и аминокислоты не удовлетворяли заданным критериям. Как это часто бывает, подсказки лежали под ногами — следовало лишь немного покопать. Дело в том, что задолго до работы Джеффри Бёрнстока множество ученых уже натыкались на странное воздействие внеклеточных пуринов (гетероцикл пурина служит основой для аденозина в молекуле АТФ) на сердечную мышцу и кровеносные сосуды, но не придали этому большого значения. Например, знаменитый биохимик Альберт Сент-Дьердьи (рис. 6а) — тот самый, что впервые выделил витамин С (одновременно с Чарльзом Кингом), — также провел ряд фундаментальных исследований мышечного сокращения. В своей работе 1929 года Сент-Дьерди отметил, что введение пуриновых соединений в кровь животным влияло на их сердечный ритм [6]. Позже Памела Холтон (рис. 6б) в 1959 году замечала, что АТФ выделяется при стимуляции нервов в ушных артериях кролика и ведет к расслаблению стенок сосудов [7]. Однако никто из них не пошел в своих рассуждениях дальше и не узнал, насколько глубока эта кроличья нора.
Рисунок 6. Исследователи, работы которых помогли Джеффри Бёрнстоку отыскать новый нейромедиатор. Альберт Сент-Дьёрдьи (а) и Памела Холтон (б).
Вооружившись этими знаниями и проведя ряд опытов, Бёрнсток со своим коллегой Дэвидом Сэтчеллом доказали, что АТФ действительно активирует как стимулирующие, так и тормозящие эффекты в разных типах тканей организма. Статья об этом вышла в 1970 году [8]. Тем более, тогда уже стало известно о внеклеточных ферментах, способных расщеплять АТФ. Ничего не оставалось, кроме как признать, что аденозинтрифосфат является тем самым нейромедиатором и выдвинуть гипотезу о пуринергической передаче сигнала. Слово «пуринергическая» придумал сам Бёрнсток. Рецепторы, связанные с этим типом передачи сигнала, позже стали называть «пуринергическими», или «пуринорецепторами». Вернувшись в Англию, ученый столкнулся с недоверием со стороны коллег. В то время также был популярен так называемый принцип Дейла. Этот принцип Бёрнсток и многие другие нейробиологи того времени трактовали как утверждение, что один нейрон может осуществлять передачу сигнала при помощи только одного нейротрансмиттера (например ацетилхолина) и уж никак не при помощи нескольких разных. Тем более, при помощи АТФ. К слову, сам Генри Дейл имел в виду немного другое, но кто его слушал. Всем казалось маловероятным, что вездесущая молекула, источник энергии клеток, может участвовать в тонких процессах регуляции нервной деятельности.
Рисунок 7. Джеффри Бёрнсток. Фотография сделана в 1970 году в Мельбурне — как раз в тот год, когда была опубликована его первая статья о роли АТФ в качестве нейромедиатора.
В 1972 году вышла большая обзорная статья с выдвинутой ученым гипотезой о пуринергических нейротрансмиттерах и их возможной совместной трансмиссии с другими рецепторами нейронов (долой принцип Дейла!) [9]. Эта статья вызвала большой резонанс и стала причиной множества дебатов. Ее можно смело назвать кульминацией сделанных Бёрнстоком открытий в рамках его концепции о пуринергической передачи сигнала. В ней Бёрнсток также сетовал, что результаты его работ списывают на артефакты и ошибки эксперимента. Гипотеза Джеффри продолжала получать сопротивление в научных кругах на протяжении почти двух десятков лет. Некоторые оппоненты заявляли, что посвятят жизнь разрушению «пуринергической теории». Уважаемые ученые спорили до хрипоты, а один и вовсе назвал Бёрнстока «изобретателем пуримагической гипотезы» [2].
Но исследователь не сдавался и упрямо продолжал работу. Следующим шагом предстояло выяснить, что же собой представляют рецепторы, которые могут активироваться сигнальными молекулами АТФ, либо продуктами его распада (АТФ → АДФ → АМФ → аденозин → аденин).
Когда я говорю «семейство рецепторов», имеется в виду то, что раньше (в эволюционно древние времена) они кодировались одним геном, но в результате генетической дупликации возникли его видоизмененные копии, благодаря которым появилось разнообразие родственных рецепторов. Такие белки обычно объединяются в одно семейство и сохраняют высокое сходство последовательности и структурной укладки, но могут выполнять разные функции. Это разнообразие особенно велико, если ген белка — ключевой в выживании и эволюции вида при естественном отборе. Например, яды актиний, змей и пауков накопили целые комбинаторные библиотеки из многочисленных видоизмененных копий одного гена какого-нибудь пептидного токсина (который ранее вообще мог исполнять роль протеазного ингибитора, а не молекулярного оружия). Происходило это в результате эволюционного поиска и адаптации яда к своим жертвам, устойчивость которых тоже не стояла на месте в процессе эволюции. Подробнее про это читайте в статьях «Великому комбинатору и не снилось: комбинаторика токсинов пауков» [11] и «Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов» [12]. Разнообразие же родственных пуринорецепторов у млекопитающих обусловливается усложнением организма и нервной системы в целом.
Это деление на семейства было условным и сделано исключительно по фармакологическим показателям. Рецепторы семейства P1 блокировались метилксантинами и активировались аденозином, в то время как члены семейства P2 в основном реагировали на АТФ, а метилксантины были над ними не властны.
В 1985 году Бёрнсток установил, что и P2-рецепторы можно поделить на два подсемейства — P2X и P2Y [13]. Было это сделано, опять же основываясь на их фармакологии и разной чувствительности к АТФ и его метиленовым производным.
Однако развитие методик молекулярного клонирования [14], [15] в начале 90-х наконец приоткрыло завесу тайны над загадочными пуринорецепторами. Вначале были клонированы и охарактеризованы рецепторы P1, а потом дошла очередь и до P2. А дальше завертелось. Бёрнстоку окончательно поверили. «Пуримагическая гипотеза» потеряла свою магию и перестала быть гипотезой. Исследователи со всего мира бросились изучать новые рецепторы, а количество публикаций на тему «пуринергическая передача сигнала» начало расти буквально в геометрической прогрессии (рис. 8).
Рисунок 8. Количество работ, посвященных пуринергической передаче сигнала, в период с 1972 по 2012 год. Как видно из графика, начало 90-х стало переломным моментом в этой сфере исследований.
Также пуринергическую передачу сигнала стали называть «вторая жизнь», или «вторая