Еще одна проблема биоэнергетики будущего — это биосинтез АТФ в промышленных масштабах. Хотим мы того или нет, но человечество идет к получению пищевых продуктов синтетическим путем. Чтобы решить эту задачу, потребуется синтез белков, жиров, углеводов и витаминов из простых соединений: углекислого газа, воды, аммиака — при участии соответствующих ферментов. Ферменты эти должны обеспечиваться энергией. АТФ — наиболее универсальная форма энергии, которую «узнают» такие ферменты. Вот почему фабрики синтетической пищи будут потреблять АТФ, как ГРЭС — уголь.
Массовые количества АТФ можно было бы производить за счет света в стабилизированных тем или другим способом протеолипосомах, содержащих бактериородопсин и протонную АТФ-синтетазу из термофильной бактерии. В сопряжении этих двух весьма устойчивых ферментов — преобразователей энергии видится сегодня тот наиболее перспективный принцип, который можно было бы положить в основу технологии производства АТФ.
Вскрытие механизма работы уже описанных биологических преобразователей энергии и практическое применение добытых знаний — вот ближайшая перспектива биоэнергетики.
А что, если попытаться заглянуть в более далекое будущее? Прогнозы в науке - неблагодарное дело. И тем не менее...
Давайте сначала обернемся назад и попробуем проследить, каким путем шли биоэнергетики все годы, составившие новейшую историю их науки. Быть может, продолжив этот путь в грядущее, нам удастся представить себе, что ждет нас впереди.
Безусловно, важнейшей вехой на пути биоэнергетики было открытие нового типа преобразования энергии в клетке - генерации протонного потенциала. Это открытие было подготовлено долгими и, казалось бы, бесплодными поисками, блужданиями в дебрях необяснимых фактов, которые привели в конце пятидесятых годов к пониманию того, что есть крупная нерешенная проблема - механизм окислительного фосфорилирования, не поддающийся объяснению в рамках привычных научных догм. В описании энергетики клетки пропущен какой-то важнейший аспект — вот ощущение того времени, что предшествовало рождению концепции протонного потенциала.
А как сегодня выглядит биоэнергетическая карта клетки? Есть ли на ней крупное «белое пятно», нерешенная проблема, по масштабам своим соизмеримая с загадкой окислительного фосфорилирования? Все ли типы биологических преобразователей энергии нам известны теперь, после открытия протонного потенциала?
Впечатление таково, что мы свели наконец концы с концами и на карте энергетических превращений не осталось достаточно обширных свободных мест. Но ведь такое же мнение складывалось в сороковые-пятидесятые годы, когда совершала свое триумфальное шествие концепция Липмана об АТФ как единственной конвертируемой форме энергии в живых системах.
Возникнет ли новый кризис идей в биоэнергетике? Если возникнет, я этому не удивлюсь. «Гораций! Много в мире есть такого, что вашей философии не снилось». Гамлет мог бы произнести эти слова и сегодня.
Недавно была обнаружена бактерия — спирилла, накапливающая в цитоплазме кристаллы окиси железа, частицы которого располагаются вдоль длинной оси клетки. Эти бактерии чувствуют магнитное поле. Они безошибочно ориентируются в пространстве относительно магнитных полюсов Земли, различая север и юг. Как намагничивают бактерии крупинки железа? Как реагируют они на магнитное поле? Какую роль играет эта их способность для жизнедеятельности? На все эти вопросы мы пока не можем ответить даже приблизительно. А ведь речь идет о магнетизме — давно изученном физиками явлении.
Что же сказать о гравитационном поле, если биологический аспект этой проблемы остается уделом «специалистов по телекинезу», которые вынуждены предполагать существование неизвестных физике «генераторов гравитации»!
Электрический ток был открыт Гальвани в опытах с лягушкой двести лет назад. Так биолог подарил физикам новый огромный раздел их науки. Как знать, не ждет ли физиков в будущем еще один такой подарок? Ведь история повторяется, в том числе и история науки...
Мы подошли к последней странице этой книги. Я пишу ее на вольном воздухе. В лицо упруго катит волны воздушный океан. Он раскачивает щиты оргстекла в деревянной раме — нехитрую оснастку моего «кабинета» на лоджии десятого этажа. Оснастка чуть колеблется и поскрипывает. Слева внизу милый сердцу лабораторный корпус. Впереди, на горизонте, у самой его черты, какое-то новое Беляево или Чертаново белеет грядой строек, а справа вдали Останкинская телебашня болит занозой в лиловом московском небе. Я очень горд этим своим открытием — писать на воле, в любую погоду, пока не замерзнут чернила...
Рассказы о биоэнергетике
О становлении и борьбе идей в биоэнергетике, о том, каким образом ученым удалось заглянуть в мир функционирующих белковых молекул, рассказывает автор — член-корреспондент Академии наук СССР.
Об авторе
Часть I. История новой науки
Глава 1. Чем занимаются биоэнергетики?
Рождение биоэнергетики
Глава 2. Что такое энергетический обмен?
Как клетка получает и использует энергию
АТФ клетки - разменная валюта
Где и как образуется АТФ?
Глава 3. От микробиологии к биоэнергетике
Муравьиный язык
Митохондрии производят АТФ в пробирке
Глава 4. Два пути
Факт или артефакт?
Стриженные голуби
Бурый жир
Глава 5. Крепкий орешек
Жертва «закона Паркинсона»
Ложная аналогия
Парадокс веществ-разобщителей
Глава 6. Митчел и его догадка
Начало пути
Чисто умозрительное построение
Хемиосмотическая гипотеза
Корни гипотезы
Одна из многих гипотез?
Глинн Хауз. Ослы и дети
Глава 7. Поражения и победы
«Глинновские лаборатории»
Первые опыты Митчела и Мойл
«Варшавская битва». Поражение
Серебряный звук трубы
Первая «Серая книга» Митчела
Протонофоры
Красные флажки на карте
Конформационная гипотеза
Ягендорф, Витт, Булычев и другие
«Чудо-ионы»
История повторяется
Карфаген должен быть разрушен!
Протеолипосомы
Глава 8. Белки-генераторы тока
Драчев и бактериородопсин
Суп из топора
Последняя капля
Глава 9. Признание
Принцип Митчела
Нобелевский лауреат
Ароморфoзы в науке и «комплекс Герострата»
Йоги и биоэнергетика
Часть II. Биоэнергетические механизмы
Глава 1. Молекулярные электростанции
Протонная АТФ-синтетаза
Цитохромоксидаза
Хлорофилльные генераторы
Фотосинтез без хлорофилла
Родопсин и зрение
Глава 2. Электродвигатель, изобретенный бактерией
Флагелла, крюк и диски
Протонный потенциал движет бактерией
Вращение хлоропластов
Глава 3. Двойная бухгалтерия живой клетки
Зачем клетка обменивает натрий на калий?
Электрический кабель цианобактерий
Глава 4. К новым рубежам
Источник:
Скулачев В.П. 'Рассказы о биоэнергетике' \2-е издание - Москва: Молодая гвардия, 1982 - с.191
