Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

В живой клетке мы встречаем аналогичную ситуацию, но уже с заменой связанных электронов на связанные протоны. Однако это отличие практически ничего не меняет. Протоны, как и электроны, обладают одинаковым электрическим зарядом и, соответственно, отталкиваются друг от друга. Когда клеточные ОВР сгоняют протоны в плотную кучу, они точно так же стоят наготове, ожидая только возможности убежать прочь от своих вынужденных соседей. Таким образом, клеточные окислительно-восстановительные реакции заряжают биологические аккумуляторные батареи на протонах. Мало того, поскольку все протоны теснятся по одну сторону чрезвычайно тонкой мембраны (толщиной всего в несколько десятков атомов), электрическое поле (напряжение на мембране, деленное на толщину мембраны) может быть огромным, больше десятков миллионов вольт на метр. Клеточный биоаккумулятор — не шутки.

Что же делают клетки с этими мини-электростанциями? Вот тут-то ситуация становится еще более поразительной. К мембране прикреплено огромное количество турбин нанометрового масштаба. Когда упакованным протонам разрешается выйти обратно через особые секции мембраны, они вызывают вращение этих крохотных турбин — примерно как порывы ветра заставляют вращаться крылья ветряных мельниц. В минувшие века такое вращательное движение под действием ветра использовали для помола пшеницы или другого зерна в муку. «Клеточные мельницы» тоже заняты помолом, но вместо разрушения структуры этот процесс, наоборот, строит ее. Проворачиваясь, молекулярные турбины раз за разом сводят между собой две конкретные молекулы и синтезируют таким образом вполне конкретную молекулу (на вход поступает АДФ, аденозиндифосфат плюс еще одна фосфатная группа; на выходе получается АТФ, аденозинтрифосфат). Составляющие этой молекулы, принудительно сведенные турбиной, находятся в напряженном состоянии: взаимно отталкивающиеся заряженные части молекулы удерживаются вместе химическими связями. Вся конструкция подобна сжатой пружине и жаждет освободиться. Это необычайно полезно. Молекулы АТФ могут путешествовать по всей клетке, а в нужный момент высвобождают запасенную энергию, разрывая химические связи и позволяя входящим в состав молекулы частицам расслабиться и перейти в более низкоэнергетическое, более комфортное состояние. Именно энергия, высвобождаемая при диссоциации молекул АТФ, обеспечивает выполнение клеточных функций.

Уровень неустанной активности этих клеточных электростанций станет ясен, если обратить внимание на несколько чисел. Функции, обеспечивающие жизнь типичной клетки на протяжении всего лишь одной секунды, требуют энергии, запасенной примерно в 10 000 000 молекул АТФ. В теле человека десятки триллионов клеток, и это означает, что каждую секунду вы используете порядка ста миллионов триллионов (10 20) молекул АТФ. Каждый раз при использовании АТФ расщепляется на составляющие (АДФ и фосфатную группу), которые затем турбины, питаемые протонными аккумуляторами, снова сводят вместе в полностью обновленные молекулы АТФ. Эти молекулы АТФ вновь пускаются в путь, доставляя энергию во все уголки клетки. Таким образом, чтобы удовлетворить энергетические потребности вашего организма, клеточные турбины должны быть поразительно продуктивными. Даже если вы читаете очень быстро, за время, которое вы потратили на просмотр этого предложения, ваше тело успело синтезировать около 500 миллионов триллионов молекул АТФ. А вот сейчас еще на 300 миллионов триллионов больше.

Оставляя в стороне подробности, можно подвести некоторый итог. По мере того как энергичные электроны из пищи (или электроны, получившие энергию от солнечного света в растениях) каскадом осыпаются по химической лестнице, энергия, высвобождаемая на каждой ступеньке, заряжает биологические аккумуляторы, которые имеются во всех клетках. Затем энергия, запасенная в аккумуляторах, используется для синтеза молекул, играющих в клетке роль грузовиков службы доставки почтовых отправлений: эти молекулы надежно доставляют энергетические пакеты туда, где они нужны, в пределах клетки. Именно этот универсальный механизм снабжает энергией все живое. Именно этот замечательный энергетический маршрут лежит в основе каждого нашего действия и каждой нашей мысли.

Как и при кратком знакомстве с ДНК, главное здесь никак не зависит от конкретики: этот хитроумный и причудливый на первый взгляд набор процессов, которые обеспечивают клетку энергией, универсален для всего живого. Такое единство, вместе с единством ДНК-кодирования клеточных инструкций, является мощнейшим свидетельством в пользу того, что вся жизнь на Земле произошла от общего предка.