Цианид для животных клеток не только вреден, но и полезен – в очень малых количествах он стимулирует энергетические реакции и помогает пережить гипоксический стресс.

Цианиды, то есть соли синильной кислоты и сама синильная кислота – одни из самых известных и сильных ядов. Цианиды действуют на митохондриальную дыхательную цепь, по которой электроны бегут к кислороду. Пока они бегут, на митохондриальной мембране формируется градиент концентрации протонов Н⁺. Градиент Н⁺ запускает активность фермента, синтезирующего энергетические молекулы АТФ. Если дыхательная, или электронтранспортная, цепь перестаёт работать, если электроны по ней не добегают до конца, то вся энергетическая машина стопорится.

Горький миндаль – одно из самых известных «цианистых» растений: содержащийся в нём гликозид амигдалин при разрушении высвобождает цианид. (Фото: Nagendra TS / Unsplash.com) 

Вместе с тем известно, что цианиды синтезируются некоторыми бактериями, грибами, водорослями, растениями. Впрочем, тут нужно уточнить, что часто это не готовые цианиды, а некие сложные молекулы-предшественники, которые претерпевают разные превращения, попутно выделяя небольшие количества цианида. Так обстоят дела, например, с горьким миндалём, с косточками абрикосов, персиков, слив и других деревьев, у которых цианид образуется при распаде гликозида амигдалина. С другой стороны, среди двупарноногих многоножек есть виды, выделяющие готовую синильную кислоту, и точно так же поступают некоторые бабочки и личинки жуков – очевидно, для них синильная кислота служит защитой от врагов.

В недавней статье в Nature Metabolism говорится, что к «цианистым» существам можно причислить и млекопитающих – оказывается, цианид можно найти у мышей и людей в клетках печени, лёгких, в клетках кишечника и в клетках крови. На самом деле, сообщения о том, что цианид может играть определённую роль в наших клетках, появлялись и раньше, но речь шла обычно лишь об отдельных типах клеток – о нейронах или, например, о лейкоцитах, которые используют цианид для борьбы с патогенами. Ещё в наших митохондриях есть фермент роданаза, которая выполняет биохимические превращения определённых соединений серы, в том числе и цианида (роданаза способна обезвреживать цианид, если он вдруг появляется, но для этого ей нужны соединения-помощники). Теперь же получается, что цианид распространён в животных тканях намного шире, чем может показаться, и он не просто опасный побочный продукт неких процессов – от него есть и польза.

Цианид можно обнаружить в разных частях клетки, но больше всего его в лизосомах – мембранных пузырьках, которые содержат ферменты для расщепления различных макромолекул. Для синтеза цианида нужна кислая среда, которая как раз есть в лизосомах, нужен фермент пероксидаза (а точнее, хлорноватистая кислота, которая появляется при активности пероксидазы), и нужна аминокислота глицин. Чем больше клеткам давали глицина, тем больше у них появлялось цианида.

Для чего клетке нужен цианид? Во-первых, для модификации белков. Известно, что ко множеству белков уже после синтеза прикрепляются химические группы, влияющие на их активность. Самый известный пример – фосфат: остаток фосфорной кислоты в реакциях фосфорилирования и дефосфорилирования садится и уходит с определённых аминокислот в свёрнутой полипептидной цепи белка, из-за чего белок по-разному работает. Вот и цианид, как оказалось, участвует в подобных реакциях, хотя влияние его на конкретные белки ещё нужно будет выяснять. Во-вторых, цианид явно играет заметную роль в энергетических процессах. В клетках, которые получали много глицина, улучшался синтез АТФ, а если в них стимулировали ген вышеупомянутой роданазы, которая ликвидирует цианид, то синтез АТФ ухудшался. 

Были и другие эксперименты, которые показали, что глицин, а также низкие концентрации цианида калия, стимулируют реакции гликолиза и цикла Кребса, которые входят в энергетическую машину клетки. От энергии зависит клеточное деление, и исследователи смогли убедиться, что клеточное деление цианид тоже подстёгивает. В-третьих, цианид помогал клеткам выживать при гипоксии и при возврате от гипоксии к условиям с нормальным содержанием кислорода (такой переход бывает довольно стрессовым в связи с тем, что повышение уровня кислорода – пусть бы и до нормального значения – сопровождается всплеском агрессивных молекул-окислителей, кислородных радикалов).

С другой стороны, исследователи говорят о некоторых патологических состояниях, когда в тканях накапливается много глицина – в частности, при глициновой энцефалопатии его становится слишком много в мозге. Одна из причин, по которой избыток глицина вредит органам и тканям, может быть связана с тем, что избыток глицина даёт избыток цианида. Может, при таких болезнях следовало бы стимулировать активность роданазы, но насколько такой способ годится для эффективной терапии, покажут только дальнейшие исследования. В любом случае, про цианид можно сказать, как про многое другое, что он не только вреден, но и полезен – однако биологически активную добавку из него делать точно не надо: польза от цианида проявляется при очень невысоких концентрациях, и обычные, здоровые клетки вполне могут сами себя им обеспечить.