Техника - молодёжи 1976-06, страница 12

Лауреаты

Государственной

премии

У истоков биоэнергетики

ПРОДОЛЖАЕМ РАССКАЗ О РАБОТАХ ПО ПРОЕКТУ

«РОДОПСИН»

Ольга ПОДКОЛЗИНА Татьяна ВАСИЛЬЕВА,

О проекте «Родопсин» читателям журнала уже рассказывал вице-президент Академии наук СССР Ю. Овчинников [см. «ТМ», 1975, № 10). В статье академика речь главным образом шла об исследованиях, связанных с изучением химической структуры светочувствительного белка — родопсина.

Атаку на это удивительное вещество силами биологов и физиков ведет лаборатория физико-химических осиов рецепции Института химической физики АН СССР, возглавляемая доктором биологических наук М. Островским. Здесь ученые выясняют, каким образом при поглощении кванта света молекулой родопсина возникает зрительный сигнал, какие вещества являются ключевыми при этом процессе, в конечном счете позволяющем человеку воспринимать мир во всей его многокрасочности.

Третий «соавтор» npoeKTd — лаборатория биоорганической химии МГУ. Ее сотрудники, возглавляемые чпеном-кор респондентом АН СССР В. Скупачевым, изучают свойства «двойника» зрительного белка — бактериальный родопсин. За экспериментальное доказательство новой функции белков, состоящей в генерации электрического тока внутри живой клетки, В. Скупачев и его коллеги удостоены звания лауреатов Государственной премии 1975 года.

Начало серьезному изучению бак-териородопсина было положено совсем недавно, в 1973 году. В Нью-Йорке проходит конференция по биоэнергетике. О докладом о превращении химической и световой энергии в биологической мембране выступает Владимир Петрович Ску-лачев. В его лаборатории уже были получены косвенные данные, говорившие о том, что энергетические превращения в мембране митохондрии (мельчайшем внутриклеточном образовании) проходят электрическую стадию.

После доклада к Скулачеву подошел известный американский специалист по мембранам и электронной микроскопии Уолтер Стокениус. Двумя годами ранее американский исследователь, изучая бактерии соляных озер, обнаружил, что в этих реликтовых, давно известных бактериях содержится особый белок, по свойствам очень схожий со зрительным родопсином. Поначалу Стокениус даже предположил, что этот белок по аналогии со зрительным родопсином выполняет ту же фото-рецепторную функцию: неведомо зачем, но позволяет этим простейшим существам смотреть и видеть окружающий их мир.

Гипотеза подтверждения не нашла, но выяснилось, что бактерио-родопсин имеет самое прямое отношение к проблеме фотосинтеза — трансформации солнечной энергии в биологическую форму движения материи. Данные Стокениуса указывали на возможность преобразования в бляшках бактерий световой энергии в электрический ток.

Такая перспектива не могла не заинтересовать известного биоэнергетика В Скулачева, еще со студенческих лет занимавшегося проблемами превращения энергии в живых клетках. Начиная с третьего курса биологического факультета МГУ Скула-чев под руководством академика Северина проводил на кафедре биохимии животных эксперименты, ставящие целью проникнуть в механизм преобразования энергии в биомембранах. Исследования давали основание предполагать, что белки способны генерировать электроток.

Но как протекает этот процесс?.. Изучая механизм терморегуляции у голубей и мышей, Скулачев доказал, что в организме есть «механизм», простейшим образом превращающий энергию пищи в тепло. Когда животному холодно, этот механизм включается, и происходит как бы короткое замыкание в электрической цепи, образованной митохондриями. Возникающий при замыкании электроток приводит к выделению тепла.

Дальнейшую работу В. П. Скулачев вел все в том же, а точнее, в тех же направлениях. В 1965 году он возглавляет отдел биоэнергетики, а

в 1973 году становится заведующим межфакультетской лабораторией биоэнергетической химии МГУ. В 1973 году, к моменту памятной встречи со Стокениусом, он был одним из авторитетнейших специалистов в своей области.

Белки, с которыми работал Скулачев, — вещества чрезвычайно сложные, то и дело ставящие экспериментаторов в затруднительное положение. Поэтому бактерио-родопсин был встречен учеными с огромным интересом и энтузиазмом. В самом деле, это один из самых простых и стабильных мембранных белков. Недаром его стали называть простейшим биоэнергетическим механизмом, электростанцией в одной молекуле. Обладая молекулярным весом около 20 тыс., он состоит из одной полипептидной цепи (другие мембранные белки, генерирующие ток, состоят из нескольких цепей, а их молекулярный вес достигает 300 тыс.). К тому же бак-териородопсин располагается в «персональной» мембране, где нет каких-либо других белков. Это позволяет извлекать его в чистом виде, не боясь загрязнения иными веществами. И наконец, добывать тот же зрительный родопсин технически очень трудно (надо проводить сложные операции при красном свете на большом числе сетчаток), а бакте-риородопсин нам поставляют бактерии, растущие самостоятельно.

При работе с бактериальным родопсином самые каверзные проблемы стали получать неожиданно простые решения. В попытках замерить генерацию тока различными белками сотрудники лаборатории терпели неудачу за неудачей. А тут опыт удался и быстро и легко. Вот как он выглядит. В кювету, разгороженную на две части мебраной, содержащей бактериородопсин, «впускают» кванты света (включают обыкновенную лампочку) И тут же вольтметр, подключенный к электродам, которые погружены в левую и правую части кюветы, показывает: есть напряжение!

Предельно просто, не правда ли? Однако исследователям пришлось преодолеть ряд трудностей. Дело в том, что роль «электрогенераторов» играют фиолетовые бляшки бактерий, чьи размеры чрезвычайно малы (порядка 1 микрона), да и мощность ничтожна: не уловишь.

Поэтому первой задачей было — выделить бляшки в чистом виде. Для этого бактерии, привыкшие жить в концентрированном соляном растворе, помещали в чистую воду. Бактерии лопались, и из полученных таким образом остатков отделялись бляшки. Их смешивали с липидом и наносили на отверстие в перего

10