Раскрыта неизвестная роль углекислого газа в клетках
Новая методика позволяет визуализировать двуокись углерода в живых клетках. Открытие помогает понять роль углекислого газа в метаболических процессах и заболеваниях.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из университетского колледжа Дублина разработали химический сенсор CarboSenR2, который впервые позволил непосредственно наблюдать и измерять концентрацию углекислого газа (CO₂) внутри живых клеток организма. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Redox Biology.
Ранее CO₂ рассматривали преимущественно как конечный продукт метаболизма, выводимый из организма с дыханием и участвовавший в фотосинтезе растений и глобальных циклах углерода. Однако внутри клеток его динамика оставалась скрытой из-за отсутствия подходящих методов наблюдения.
Новый сенсор — это молекула, которая меняет цвет при взаимодействии с CO₂ от зеленого к красному при увеличении концентрации газа. С помощью методов проточной цитометрии и микроскопии ученые смогли визуализировать, где именно в клетках образуется углекислый газ.
Что показал новый инструмент
Сенсор CarboSenR2 продемонстрировал, что наиболее интенсивное образование CO₂ происходит около митохондрий — «энергетических станций» клетки. Это важно, поскольку именно в митохондриях протекают ключевые реакции энергетического обмена.
Ученые также стимулировали мышечные клетки электрическими импульсами, имитируя физическую активность. При «нагрузке» клетки сенсор загорается ярче, что свидетельствует об увеличении выработки CO₂. Блокировка работы митохондрий приводила к снижению свечения, подтверждая связь между энергетическим обменом и образованием углекислого газа в клетках.
Кроме того, исследователи смогли различать типы иммунных клеток по уровню продукции CO₂ — что может оказаться важным для понимания их функции в разных состояниях здорового и больного организма.
Почему это важно
До сих пор CO₂ в клетках чаще всего рассматривали как пассивный «отход» метаболизма. Однако газ может играть активную роль в различных физиологических процессах: участвовать в воспалении, заживлении ран и адаптации к нагрузкам. Новый сенсор меняет наше представление о биологической роли CO₂ и может стать мощным инструментом как для фундаментальных исследований, так и для медицины.
Это особенно актуально, поскольку высокий уровень CO₂ наблюдается при таких заболеваниях, как ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких), ОРДС (острый респираторный дистресс-синдром) и некоторых формах рака — но механизмы этих явлений до конца не ясны.
7 фактов об углекислом газе
- Человеческий организм вырабатывает в процессе метаболизма примерно 1 кг CO₂ в сутки;
- Двуокись углерода участвует в буферных реакциях в крови, где она преобразуется в бикарбонат под действием фермента карбоангидразы;
- Существует гипотеза, что углекислота участвует в биосинтезе животного белка. В прошлом содержание CO₂ в атмосфере было выше нынешнего, что способствовало появлению на суше и в море гигантских организмов мезозойской эры;
- В организме здорового взрослого человека содержится 6-7% несвязанного гемоглобином углекислого газа и всего 2% свободного кислорода. В крови плода углекислоты намного больше — кислород губителен для эмбриона;
- Без достаточного количества углекислоты кислород не может выйти из связанного состояния с гемоглобином. Это так называемый эффект Вериго — Бора. Возникает парадокс: кислорода в организме много, а органы и ткани сообщают об удушье;
- «Газовый анализатор» дыхательного центра в продолговатом мозге дает команду сделать очередной вдох, ориентируясь не на недостаток кислорода в крови, а на избыток углекислого газа;
- В настоящее время концентрация кислорода в земной атмосфере превышает 21%, а углекислого газа в ней всего 0,03%. Учитывая важность этого газа для метаболизма большинства живых организмов, ряд ученых осторожно высказывают крамольную мысль: а что если повышение уровня CO2₂— это не только плохо, но и хорошо?
Недавно мы рассказали, как новая технология превратила углекислый газ в экологически чистое топливо.
- Химия
Поделиться
