Техника - молодёжи 1990-03, страница 8

люции. А когда готовая пища стала иссякать, им пришлось искать другие источники энергии. Тогда они и потянулись к Солнцу.

В клетках активизировались белковые молекулы, способные так или иначе реагировать на свет, взаимодействовать с фотонами (существовали они, скорее всего, изначально). Видимо, одним из первых таких белков и стал бакте-риородопсин. Выставленный наружу пигментный компонент его молекулы — ретиналь при поглощении кванта света не отдает электрон, как хлорофилл, а просто меняет свою форму (научно выражаясь — конформацию). При этом он подобно рычагу выталкивает из клетки ион водорода — протон. Эти частицы накапливаются в процессе обмена веществ и повышают кислотность внутриклеточной среды, что очень вредно. Сами собой протоны наружу не выходят — ведь кислотность внешней среды обычно во много раз выше. Теперь с помощью бактериородопсина клетка начала удалять протоны за счет солнечной энергии. А чтобы использовать это движение еще эффективнее, другой конец рычага стал служить для переноса в клетку молекул питательных веществ. При этом система срабатывает только тогда, когда оба конца рычага заняты. Тем самым запирается обратный ток протонов извне и поглощаются питательные вещества даже из разбавленных растворов.

На следующем этапе идет синтез АТФ. Изгнанные протоны вместе с «чужими» под влиянием перепада концентраций настойчиво стремятся внутрь, в среду с меньшей кислотностью. Что ж, всякое стремление лучше использовать, чем упрямо противиться ему. Протоны впускаются, но не задаром: путь возвращения открыт только через АТФазу, в которой им приходится отдавать свою энергию для синтеза АТФ.

Кстати, практически все организмы получают свою АТФ именно таким путем — пропуская протоны через АТФазу. Этот процесс назван хемиосмотическим, то есть химическим под действием осмоса (концентрационного давления). Насколько важен для всего живого этот «протонный насос», говорит хотя бы то, что открывший его англичанин П. Митчел получил в 1978 году Нобелевскую премию. А насколько революционной была

■фннф/ tymerfau'-Je/

'ы/

еШ>+Ф

его работа, можно судить по тому, как долго она ждала признания: первая статья Митчела на эту тему появилась в 1961 году.

Фотосинтезирующие бактерии, «работавшие на родопсине», еще не могли фиксировать углекислый газ из атмосферы (хотя его тогда было очень много). И когда источники готовой органики на Земле стали иссякать, эти бактерии «ушли в резервации» — в озера с повышенной соленостью, порядка 20% (сейчас в океане всего 4%), где не могло жить большинство других организмов. Ну а этим другим пришлось искать способы утилизации СОг — иных источников углерода просто уже не оставалось.

ВТОРАЯ СИСТЕМА

Вот тут и вышли на сцену хло-рофиллсодержащие бактерии, с принципиально иным, более сложным, но и более мощным механизмом использования энергии Солнца. Правда, у них появились и дополнительные потребности. Дело в том, что бактериородопсин перекачивает готовые ионы водорода, оставаясь неизменным по составу, хлорофилл же под действием света отдает собственные электроны, чтобы восстановить СОг, а значит, нуждается в их пополнении, то есть в веществе-доноре, которое, окисляясь, отдавало бы электроны хлорофиллу. Для бактерий доно-

uwwccuais*

Рис. 4. Лабораторное воспроизведение процессов световой стадии бактериального фотосинтеза. Изолированные естественные белковые компоненты вмонтированы в стенки искусственного жирового пузырька (липосомы). Формируются цепи переноса через мембрану электронов (черная стрелка) и протонов (красная стрелка), с участием которых идет синтез АТФ.

Рис. 5. Первые идеи о моделировании фотопереноса электронов через мембрану в технических устройствах. Предлагается трехкомпонентный молекулярный элемент, воспроизводящий три главных звена цепи переноса. Жесткий мостик — молекулярные структуры, способные быстро отводить электрон от донора к акцептору по образцу процесса, показанного на рис. 1.

rata/ -эЛл

X

н

ЭЛенЖий-лоеишк/' гряаиннк.

О)

к-

рами служат и некоторые органические соединения, но также и водород, сероводород и ряд других неорганических водородсодержа-

6