В общем надо считать, что для высших растений и животных замена протия дейтерием при выращивании несовместима с жизнью.
Морфологическим следствием дейтериевого замещения являются изменения структуры клеток и органелл. Хлорофилл у дейтерированных водорослей гораздо менее упорядочены, чем у их Н-прототипов. Морфологические заболевания при дейтериевом замещении можно наблюдать под элек-тронным микроскопом. Например, D-бактериофаг имеет частицы большего размера и более хрупкие; протеиновые субчастицы в них беспорядочны.
Обнаружено и исследовано прямое действие дейтерия на симпатические нервные узлы, изоли-рованные два и более месяца в среде, содержащей 25% D2O. Наблюдалось ускорение и увеличение роста симпатических нейронов, картина соответствовала ранним стадиям нейрогенеза. Электронный микроскоп обнаружил необычно обильные гранулы и фибриллярные элементы в ядрах нейронов и окружающих клеток.
Если приучение организма к дейтерию не успело еще затронуть жизненна важные функции, то осторожная дейтеризация при возвращении из дейтериевой среды на протиевую проходит в общем быстро и без затруднений. При длительном же воздействии на организм тяжелой воды высокой кон-центрации возникают морфологические изменения органов, полностью разрушается зародышевый эпителий и в этом случае изменения необратимы. У самцов мышей под влиянием тяжелой воды воз-никает бесплодие.
Интересны недавние опыты И.Г.Лобиной. Она исследовала морфологические изменения, про-исходящие в яичниках белых мышей под действием тяжелой воды различной концентрации: 10, 30 и 99,8%.
Тяжелая вода вводилась животным путем инъекций под кожу бедра ежедневно в количестве 0,5 мл’, каждой мыши сделано 15 инъекций. Животные одновременно получали тяжелую воду той же концентрации в качестве питьевой. В результате обнаружены явления отмирания в фолликулярном аппарате (яичниках) мышей. Одним словом, здесь можно говорить о дейтериевой болезни, о дейтери-евом отравлении организма.
В опытах с растениями наблюдалось, что отдельные органы растения по-разному относятся к дейтерию — одни нормально перемещают и концентрируют его, а другие болезненно чувствительны к тяжелому изотопу. Например, при поглощении воды корнями растений из почвы D2O и Н2О диф-фундируют через растительные перепонки без изменения своего соотношения, тогда как вода в вет-вях и листьях обогащается дейтерием в 1±2,8 х 10-6 раз. Последнее весьма неблагоприятна, так как в фотохимических реакциях дейтерий действует в 30 раз медленнее протия. Заметим, что во многих других случаях замещение Н на D замедляет реакции в организмах всего лишь в 6-8 раз.
Однако оказалось, что наряду с повреждающим, мутагенным и канцерогенным действием тя-желая вода в составе легкой имеет стабилиэирующий водородные связи эффект у белков и нуклеино-вых кислот. Тем самым она повышает теплоустойчивость клеток и организмов, их сопротивляемость денатурирующим, т.е. повреждающим клетку факторам. Остановимся на этом «защитном» эффекте более подробно.
Автор денатурационной теории повреждения клеток и других биологических систем ленингра-дский цитолог В.Я.Александров утверждает, что в основе повреждения клеток и организмов любыми вредными факторами лежит денатурация белков .
Литературные и собственные данные автора обзора показывают, что тяжелая вода (D2O) , ста-билизирующая белки по отношению к действию денатураторов и протеиназ, повышает теплоустой-чивость клеток животных, растений и микроорганизмов, а у дрозофил увеличивает термостабиль-ность организма и их теплолюбивость. Основной причиной указанных биологических эффектов D2O является стабилизация белков, хотя тяжелая вода может повышать температуру плавления нуклеино-вых кислот и в незначительной степени — липидов.
Сущность денатурационной теории повреждения, первая редакция которой была предложена в 1940 г., состоит в признании того, что большинства повреждающих агентов прямо или косвенно на-рушают сферу слабых связей и взаимодействий, крепящих конструкции клетки. Среди этих констру-кций основное место занимают белки и белковые комплексы. Воздействия, повышающие или снижа-ющие конформационную стабильность белковых макромолекул, должны повышать или снижать устойчивость клеток к повреждающим агентам. Следовательно, одним из путей проверки денатура-ционной теории повреждения может служить изучение действия на клетку альтерирующего агента в присутствии антиденатуратора, увеличивающего конформационную прочность белковых макромоле-кул. Наличие защитного действия антиденатуратора говорило бы в пользу теории. Среди антиденату-раторов да настоящего времени с этой целью наиболее изучена тяжелая вода — D2O.
Начало исследований в этом направлении было положено работой Меибери и Катца (1956) . Они впервые показали стабилизирующее действие D2O при сопоставлении скорости денатурации яичного альбумина мочевиной в Н2O и D2O. Затем Гилд и ван Туберген (1957) установили то же по отношению к нагреву. В дальнейшем стабилизирующий эффект D2O был получен на многих глобу-лярных и фибриллярных белках как при действии нагрева, так и в отношении других денатурирую-щих и протеолитических воздействий. При замене Н2О на D2O температура тепловой денатурации белков повышается обычно на 3-6 °С. По-видимому, единственным исключением является лиэоцим, стабильность которого в Н2О и D2O) почти одинакова.