Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Электрон движется по электрохимическому градиенту от соединений с низким сродством к электронам (с низким редокс-потенциалом) к соединениям с высоким сродством к электронам (с высоким редокс-потенциалом). Электронтранспортная цепь представляет собой набор белков и других молекул, способных передавать электроны и связанных между собой в порядке возрастания электрохимического потенциала. Обычно электроны плавно проходят по цепи от одного конца до другого, но иногда кислород выхватывает их и превращается в супероксидный радикал. На некоторых участках цепи переход электрона от одной молекулы к другой обеспечивает достаточное количество энергии для производства АТФ.

Как обычно, в реальности все несколько сложнее. На самом деле для оксигенного фотосинтеза необходим второй светочувствительный центр. Один реакционный центр не может перекрыть широкую химическую пропасть и сразу переправить электроны из воды на молекулу углекислого газа, для этого нужна согласованная работа двух центров. Центры сопрягаются в соответствии с так называемой Z-схемой, и каждый в одном цикле поглощает четыре фотона. Таким образом, для получения одной молекулы кислорода требуется восемь фотонов света.

У нас нет неопровержимых доказательств, но кое-что нам известно. Во-первых, механизмы реакций очень похожи. И каталаза, и ВРК связывают две идентичные молекулы (либо 2Н 2О 2, либо 2Н 2О), которые затем реагируют между собой по очень похожей схеме и выделяют кислород. Во-вторых, оба фермента содержат в своем центре кластеры марганца. Хайман Гартман и другие отмечали, что марганцевый центр каталазы очень напоминает по структуре половину марганцевого центра КВК, так что действительно КВК мог образоваться в результате связывания двух молекул каталазы. Однако может оказаться, что структурное сходство между каталазой и KBK — всего лишь совпадение или результат конвергентной эволюции, как эволюция крыльев на основе разных структур у насекомых, птиц и летучих мышей. Но даже если сходство является доказательством генетического родства, мы пока не можем исключить, что это каталаза образовалась из КВК, а не наоборот.

Английский богослов Уильям Палей в книге «Естественная теология» доказывал существование Творца. В частности, он писал, что, если мы находим на улице часы, мы не думаем, что это ураган собрал воедино множество мельчайших деталей; но строение часов намного проще строения любого самого примитивного живого существа, которое никак не могло появиться случайно. — Примеч. пер.

Используем число Авогадро — 6,023 × 10 23— число молекул в одном моле вещества. Один моль пероксида водорода весит 34 г, следовательно, 1 г пероксида водорода содержит 6,023 × 10 23/34 ≈ 177 × 10 21молекул. Масса ста миллиардов молекул составляет 100 млрд / 177 × 10 21= 56 × 10 -12г.

К глубочайшему сожалению, Мати Сарасте скончался 20 мая 2001 г. в возрасте 52 лет. На похоронах коллеги из Гейдельберга процитировали его слова, и это, как мне кажется, лучшая дань его памяти и свидетельство великолепия и магии биохимии. Я надеюсь, что жти слова вдохновят будущих студентов.

«Лучшее, что дает нам биохимия, это возможность сочетать умственную и практическую работу. Это можно делать одновременно. Я нахожу огромное удовольствие в проведении практической работы, эксперимента. Эксперимент — это возможность подойти к существующей научной проблеме на границе между известным и неизвестным. Но не меньшее удовольствие доставляют попытки постичь разумом эту удивительную границу. Чтобы стать хорошим биохимиком, не нужно быть интеллектуалом или абсолютным гением в математике или физике, но, чтобы понимать проблему, нужно размышлять, читать, экспериментировать и планировать. С другой стороны, можно занимать руки и не очень много раздумывать: самым узким местом в исследованиях часто является эксперимент».

Ген витамина С функционирует в клетках растений и большинства животных (см. главу 9). Последовательности этих генов соответствуют последовательности нашего испорченного гена. Мы (точнее, наши предки) когда-то потребляли достаточное количество витамина С с растительной пищей, поэтому потеря гена не была остановлена естественным отбором, как неизбежно случилось бы при дефиците витамина. Обычно хорошим критерием важности гена является степень нарушения физиологической функции в случае его потери. Потеря некоторых генов несовместима с продолжением рода или даже с жизнью. Большинство все еще работающих древних генов играют чрезвычайно важную роль в функционировании oрганизма. Их потеря наказывается путем устранения носителей соответствующих повреждений.