В белковых макромолекулах имеются группировки атомов, водород которых быстро обмени-вается на дейтерий, и группы, водород которых в обычных условиях практически не обменивается; к первым относятся группы NH4, ОН, SH, ко вторым — группы СН. Скорость замещения способных к обмену атомов Н на D в белке зависит от стерической доступности первых. Она может быть исполь-зована для оценки конформационной подвижности белковых макромолекул. Установлено, что стаби-лизирующий эффект выявляется в белках лишь в том случае, если водород в группах СН не замещае-тся дейтерием. Белки, в которых водород, связанный с атомами углерода, замещен дейтерием, можно получить из организмов, длительно живших в среде с тяжелой водой. Такие белки оказываются де-стабилизированными и температура термической денатурации у них ниже, чем у гомологичных про-тиевых белков. Полностью дейтерированные белки менее устойчивы и к мочевине; они также быст-рее перевариваются протеиназами. Однако в дейтерированной и недейтерированной белок в D2O бо-лее теплоустойчив, чем в Н2O.

Что касается механизмов дестабилизации белков в D2O, то этот вопрос оказался гораздо более сложным, чем это представлялось первым его исследователям. Так, Германс и Шерага (1959) , Ригби (1962) и другие приписывали стабилизирующее действие D2O повышению прочности водородных связей, крепящих пространственную структуру белковых макромолекул, при замене в ней Н на D. Для подтверждения этого объяснения было выполнено большое количество работ, которые, однако, подвергались критике. Признается вопрос об изменении прочности водородных связей нерешенными и считается, что ответственными за стабилизацию белка при замене Н2O на D2O могут быть помимо водородных связей гидрофобные и солевые взаимодействия и связанная вода. На основании ряда фа-ктов Лобышев и Калиниченко особое значение придают последней: «Увеличение теплоустойчивости белка в тяжелой воде объясняется большей прочностью связи с поверхностью макромолекул тяжелой воды по сравнению с обычной».

Вскоре после того, как стало известно антиденатурирующее действие D2O, были предприняты опыты по выявлению влияния тяжелой воды на устойчивость растительных (эпидермис листа Campanula persicifolia.) , животных (мерцательный эпителий неба лягушки) клеток и глицеринизиро-ванных моделей мерцательных клеток по отношению к нагреву и высокому гидростатическому дав-лению. Во всех случаях частичная замена в среде Н2O на D2O повышала устойчивость клеток к на-греву (разница достигала 3 °С) и к высокому гидростатическому давлению. Одновременна и незави-симо Дщеревский и Корниенко (46) показали, что тяжелая вода стабилизирует скелетные мышцы ля-гушки по отношению к нагреву. В этих работах было обнаружено, что стабилизирующий эффект по-лучается чрезвычайно быстро. Для мышц достаточно минутного соприкосновения клеток с тяжелой водой; в наших опытах клетки мерцательного эпителия лягушки повышали свою теплоустойчивость через 1 с после погружения в тяжелую воду. Учитывая столь быстрое действие D2O, трудно объяс-нить вызываемую ею стабилизацию заменой атомов водорода в белках на дейтерий. Однако ее можно объяснить тем, что тяжелая вода отличается от легкой как растворитель.

В дальнейшем начали накапливаться многочисленные данные, демонстрирующие повышение термостабильности животных, растительных, бактериальных клеток и изолированных из них компо-нентов в среде, содержащей D2O.

Таким образом, закономерность молекулярного уровня в непреломленном виде проявляется и на уровне клеточном. Более того, Паттендрих и Косбей (1974) показали проявление этой закономер-ности и на организменном уровне. Они сравнивали устойчивость к нагреву мух Drosophila pseudoobscura, которым после предварительного голодания давали пить обычную подсахаренную воду, с устойчивостью мух, получавших волу, содержащую 15 или 25% D2O. При 3-минутном нагре-ве до 39 °С мухи, напившиеся дейтерированной воды, гибли в меньшем числе, чем утолявшие жажду обычной водой. Повышение теплоустойчивости мух удавалась уловить уже через 10 минут после 10-минутного питья подсахаренной воды, содержащей D2O. Авторы приписывают полученный резуль-тат стабилизирующему действию D2O на белки организма.

Следующий шаг был сделан в работе В.Я.Александрова, проведенной совместно с лаборатори-ей сравнительной генетики поведения Института физиологии АН СССР. В этой работе выяснялось влияние D2O на теплолюбивость мух Drosophila melanogaster. Для этого мухи после предварительного голодания получали подслащенную воду, либо обычную, либо содержащую 50% D2O. Прежде всего мухи были испытаны на теплоустойчивость. В соответствии с данными Питтендриха и Косбей мухи, напившиеся тяжелой воды, действительно оказались теплоустойчивее. При 39 °С средний срок их жизни был существенно большим, чем у контрольных мух (38,1 и 23,9 мин соответственно) . Для определения предпочитаемой температуры контрольные мухи и мухи, получившие 50% D2O, поме-щались в горизонтально лежащие стеклянные трубочки с температурным градиентом. Затем регист-рировалась дислокация мух в трубочках. Изучено усредненное распределение мух по температурно-му градиенту. Полученные результаты с несомненностью показывают, что у мух, пивших воду с D2O, выше, чем у контрольных, получивших обычную воду, не только теплоустойчивость, но и теплолю-бивость. Они предпочитают находиться при более высокой температуре. Точка максимального скоп-ления дейтерированных мух лежит на 2,5 °С выше, чем мух, пивших обычную воду. Таким образом, тяжелая вода смещает показания биологического термометра мух в холодную сторону.