Полезна ли тяжёлая вода?

Сообщение:

Добрый день Только что прочел у вас статью или ответ на вопрос читателя о том , что оказываетья тяжелая вода в меньших количествах полезна... Но если это действительно так, то почему при приготовлении талой воды, при замораживании вы рекомендуете убрать ледяную корочку которая формируется вначале. Это вы говорите именно тяжелая замораживается первой и ее необходимо убрать. Но раз она полезна как ты потом пишете, зачем ее убрать? Может оставить раз так полезна?

Спасибо
______________

Здравствуйте!

В статье про тяжёлую воду, на которую вы ссылаетесь, действительно была ссылка на то, что по мнению некоторых исследователей небольшие количества тяжёлой воды оказывают положительный эффект на скорость протекания некоторых ферментативных реакций. При этом концентрации тяжёлой воды в среде составляют 0,1%. Природа этого феномена окончательно не изучена. Возможно, это связано с изотопными эффектами, которые для дейтерия могут быть значительными. Двукратным увеличением массы дейтерона относительно протона и обуславливаются так называемые изотопные эффекты тяжёлой воды - энергия связи, константа диссоциации, подвижность, длина связи и т.д. Связи, сформированные атомами дейтерия прочнее водородных связей. Различия в нуклеарной массе атома водорода и дейтерия косвенно могут служить причиной различий в синтезах нуклеиновых кислот, которые могут приводить в свою очередь к структурным различиям и, следовательно, к функциональным изменениям в клетке. Всё это приводит к тому, что именно ферментативные системы, которые используют высокую подвижность протонов и высокую скорость разрыва протонных связей, наиболее чувствительные к замене Н+ на D+. 

При этом клетки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде, растений (50%), а клетки простейших микроорганизмов способны жить на 80% тяжелой воде. Нами показано, что способность к адаптации в высоких концентрациях тяжёлой воды связана с эволюционным уровнем организации, т. е. чем ниже уровень развития живого, тем выше способность к адаптации (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец, 1996). Изменения соотношения основных метаболитов в процессе адаптации к тяжеловодородной среде также может являться причинами гибели клеток. Клетки высших организмов погибают при содержании тяжёлой воды в составе тела свыше 30%, но микроорганизмы, легко приспосабливающиеся к резким изменениям среды обитания, способны жить и размножаться даже в 98%-ной тяжёлой воды (Мосин О.В, 1996).

В общем плане тяжёлая вода высокой концентрации токсична для организма; химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных.

Тем не менее тяжелая вода играет значительную роль в различных биологических процессах. Различные исследователи, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.

Влияние концентрации дейтерия на рост высших растений

Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали.

На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.

Рис. Поливка помидорной рассады 30, 50 и 60%-ной тяжёлой водой ингибирует рост растения (по данным Креспи и Катца, 1972).  

В общих чертах, при попадании клеток в дейтерированную тяжёловодородную среду из них не только исчезает протонированная вода за счет реакции обмена Н₂О-D₂О, но и происходит быстрый H±D обмен в гидроксильных, сульфгидрильных и аминогруппах всех органических соединений, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, сахара. Только С—Н-связь не подвергается обмену и соединения типа С—D синтезируются «de поvo».

Интересно, что после обмена H±D ферменты не прекращают своей функции (Themson et al., 1966; Денько, 1974), но изменения в результате изотопного замещения за счет первичного и вторичного изотопных эффектов (Thomson, 1963; Halevy, 1963), а также действие тяжёлой воды как растворителя (большая структурированность и вязкость по сравнению с обычной водой) приводят к изменению скоростей и специфичности ферментативных реакций в тяжёлой воде.

Также не исключается, что эффекты, наблюдаемые при помещении клеток в тяжёлую воду связаны с образованием в тяжёлой воде конформаций молекул с иными структурно-динамическими свойствами, чем конформаций, образованных с участием водорода, и поэтому имеющих другую активность и биологические свойства. Так, по теории абсолютных скоростей разрыв СH-связей может происходить быстрее, чем СD-связей, подвижность иона D+ меньше, чем подвижность Н+, константа ионизации тяжёлой воды меньше константы ионизации обычной воды. Всё это отражается на кинетике химической связи и скорости химических реакций в тяжёлой воде.

Связи, образованные атомами углерода с дейтерием немного прочнее, чем СН-связи из-за того, что частота колебания дейтерона, имеющего большую массу (в два раза большую, чем протон) и размер меньше частоты колебания протона и тем самым, это стабилизирует связь.

Другое важное свойство определяется самой пространственной структурой тяжёлой воды, которая имеет тенденцию сближать гидрофобные группы макромолекулы, чтобы минимизировать их эффект на водородную (дейтериевую) связь в присутствии молекул тяжёлой воды. Так что структура спирали, каковой является ДНК в присутствии тяжёлой воды стабилизируется.

Кроме этого, отмечены радиопротекторные свойства тяжёлой воды на клетки печени обезьяны, в которой экспонировались эти клетки. Также было показано, что жизненный цикл плоских червей, выращенных на тяжёлой воде увеличивается в 1.5 раза по-сравнению с червями, выращенными на обычной воде (М. Шепенинов, 2006). Это объясняется тем, что связи, образованные дейтерием прочнее таковых, образованных с участием водорода, поэтому они меньше рвутся и менее подвержены мутациям и другим внешним воздействиям. 

Имеются и другие положительные эффекты тяжёлой воды, которые могут быть очень ценными, например, для получения термостабильных дейтерированных ферментов, способных работать при высоких температурах. Но это пока только предположения. Сам я никогда не утверждал, что тяжёлая вода полезна для организма. Имелось в виду положительное влияние сверхмалых концентраций дейтерия на некоторые наиболее чувствительными к замене Н+ на D+ ферментативные системы и биосинтетические процессы, протекающие в клетке - транспорт веществ и др., т. е. те, которые используют высокую подвижность протонов и высокую скорость разрыва протонных-дейтериевых связей.

К.х.н. О. В. Мосин