Техника - молодёжи 1990-03, страница 6

На переднем крае науки

Игорь ЛАЛАЯНЦ,

кандидат биологических наук

Конвертируемая энерговалюта

Эпохой мрачных прогнозов привыкли мы считать XX век. Но одно из первых научных пророчеств об исчерпании природных ресурсов прозвучало более 200 лет назад. В середине XVIII века ученые поняли, что процессы горения, окисления и дыхания связаны с расходом кислорода. Сразу же возникла страшная картина: в один прекрасный день кислород в атмосфере иссякает и гибнет все живое на Земле. Правда, прогноз этот продержался недолго: в 1771 году Джозеф Пристли поставил свои знаменитые опыты по фотосинтезу. Он выяснил, что на свету зеленые растения восстанавливают воздух, испорченный дыханием или горением. Человечество могло вздохнуть спокойно.

Вскоре ученые решили, что знают, какое вещество поддерживает всякое дыхание на Земле. В 1818 году из листа растения был выделен зеленый пигмент, которому дали название хлорофилл. Решили, что он-то и выделяет кислород. Но это оказалось не совсем верным...

По своему строению молекула хлорофилла похожа на другой пигмент того же класса порфири-нов — гем, который придает красный цвет гемоглобину в нашей крови: четыре кольца с атомами азота в их вершинах, а в центре — ион металла. В геме таким металлом является железо, а в хлорофилле — магний. Под действием кванта света — фотона он отдает

электрон, то есть окисляется. С этого и начинается длинный, многоступенчатый процесс фотосинтеза, который суммарно описывается хорошо известной реакцией:

С0₂ + Н₂0=1/6 с₆н₁₂о₆ + 0₂.

Но сам хлорофилл не имеет непосредственного отношения ни к расщеплению воды на кислород и водород, ни тем более к восстановлению углекислоты, которое вообще не требует света. С хлорофилла лишь начинается световая стадия фотосинтеза, а заканчивается она не менее важным веществом — аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ), которая к тому же появилась в живых организмах гораздо раньше.

АБСОЛЮТНОЕ ТОПЛИВО

«Солнце взошло высоко, и облака исчезли. Ревели пропеллеры, гудели вертикальные винты. Лось заметил, что машины работали бесшумно. Лишь на оси каждого винта крутилась круглая коробка.

Гусев всю ночь провозился над небольшой двукрылой лодкой. Крошечный моторчик питался крупинками белого порошка, распадающегося с чудовищной силой. Гусев включил мотор, но винт, лениво покрутившись, остановился. Мотор не работал — коробка с белым порошком была пуста». Так А. Толстой описал в «Аэлите» горючее марсианских воздушных кораблей.

Им вполне могла бы быть АТФ.

Она представляет собой азотистое основание аденин, соединенное с сахаром рибозой (аденин + рибо-за = аденозин) и цепочкой из трех остатков фосфорной кислоты (-Р):

Аденозин -Р-Р-Р.

В клетках всех живых организмов АТФ служит универсальной энергетической валютой. При синтезе АТФ из аденозиндифосфата (АДФ) и третьего кислотного остатка -Р энергия запасается в последней, энергонасыщенной химической связи между двумя концевыми фосфатами, а при разрыве этой связи под действием ферментов высвобождается. В результате снова образуются АДФ и фосфатный остаток, готовые к новому синтезу. Названия ферментов несут окончание — «аза», поэтому фермент, который замыкает энергонасыщенную связь и синтезирует АТФ, называется сокращенно АТФаза.

Энергия света не может непосредственно поддерживать жизнедеятельность растения. Ее нужно зафиксировать, запасти в виде энергии химических связей. Это и происходит в световой стадии, ключевой в фотосинтезе, которая заканчивается получением АТФ. А синтез глюкозы из СОг уже в общем-то и не является фотопроцессом, так как идет в темноте за счет разрыва энергонасыщенных связей молекул АТФ.

Световая стадия — чрезвычайно сложный процесс, в котором ученые долго не могли разобраться даже после того, как раскрыли и роль АТФ, и структуру и функцию хлорофилла: оставалось множество переходных этапов, часто с трудом уловимых. И, может быть, проще и нагляднее всего удастся пояснить суть этого процесса «от противного», описав сначала

ФОТОСИНТЕЗ БЕЗ ХЛОРОФИЛЛА

SO/to

Да, в самом деле, оказывается, на заре биологической эволюции, задолго до настоящего «зеленого» фотосинтеза, основанного на хло-

SlPOtlCs Рис. I. Самые быстрые этапы переноса электрона в фотосинтетическом реакционном центре пурпурных бактерий. Донором электрона служит молекула цито-

____ хрома-с2 (см. рис. 3). Хлорофилл-870 и

хлорофилл-800 — молекулы с максимальным поглощением света на волнах 870 нм и 800 нм соответственно. Феофитин — безмагниевый аналое хлорофилла.