Горизонты науки и техники - Бестужев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Сейчас установлено, что весь процесс фотосинтеза завершается в хлоропласте. Эта органелла представляет собой овальное тельце длиной 5—6 мк. В хлоропласте различают две зоны — грану со сложной структурой и строму — очевидно, аморфное вещество. Хлорофилл содержится в гране, где поглощенная им световая энергия расщепляет молекулы воды, освобождая кислород, и обеспечивает клетку водородом и несущими энергию молекулами АТФ (аденозинтрифосфата). Углекислый газ, вероятно, задерживается стромой и превращается в сахар путем «темновых» реакций (происходящих в темноте), но зависящих от продуктов «световых» реакций.
Все ферменты, участвующие в темновых реакциях, и сам ход этих реакций, по-видимому, уже известны. Если это так, то можно представить себе искусственную систему, которая производила бы сахар, если ее обеспечивать углекислым газом. Такая система должна:
а) включать в себя источник энергии восстановления;
б) содержать АТФ и ряд ферментов, участвующих в естественном процессе; в) поддерживать нужные относительные скорости различных реакций и г) обеспечивать постоянное удаление продуктов реакции. Все эти требования выполнимы, а получение нужных .ферментов в чистом виде, вероятно, не будет представлять к 1984 году никаких затруднений.
264
Промышленное производство сахара будет исключительно важным изобретением. Оно повлечет за собой многие другие, об одном из которых можно здесь упомянуть. Промышленное хлопковое волокно — это, в сущности, стенки растительных кйеток, а их важнейшая составная часть — целлюлоза, в которой остатки глюкозы соединены в цепь. Странно, что ученые-текстильщики никогда не занимались изучением механизма синтеза целлюлозы. Недавно такие исследования были проведены в непромышленных лабораториях, и знания об этом процессе быстро накапливаются. К 1984 году вся система наверняка будет хорошо изучена, и если к тому времени появится источник получения больших количеств глюкозы, то станет возможным искусственный синтез целлюлозы. Это достижение позволит хлопчатобумажным тканям в какой-то мере восстановить свои позиции, которые они уступили синтетическим волокнам.
Гораздо меньше мы знаем о ходе световых реакций фотосинтеза. Однако недавно было выявлено, что при этом вырабатывается АТФ. В форме АТФ в клетке происходит передача энергии. В состав АТФ входят три фосфатные группы, последняя из которых присоединена химической связью высокой энергии.
Образование АТФ путем фотосинтеза можно вызвать в лабораторных условиях без фиксации углекислого газа. Значит, соответствующие успехи возможны и в промышленных масштабах. Это позволило бы иметь новый источник тепла, основанный на самой доступной форме энергии — энергии солнечного света, которая, кстати сказать, никогда широко не использовалась. Правда, маловероятно, чтобы такая возможность была осуществлена к 1984 году. Механизмы световых реакций в сложной структуре граны все еще не разгаданы.
Естественный синтез белков и других азотистых соединений в растениях зависит от наличия связанного азота. Содержание его в почве обычно лимитирует рост растений — вот почему применяются искусственные удобрения. Промышленность производит их путем превращения азота воздуха в аммиак, но для этого требуются большие затраты энергии. Стоимость удобрений довольно высока. В последние годы повышенный интерес вызывает процесс фиксации азота микроорганизмами,
2S5
живущими в почве и в клубеньках бобовых растений. В природе этот процесс происходит при нормальных температуре и давлении; изучение его поможет разработать дешевые промышленные методы получения искусственных удобрений или позволит стимулировать естественный процесс и уменьшить саму потребность в них. Последнее вполне можно осуществить к 1984 ходу, хотя знания о природном процессе вряд ли смогут к тому времени воплотиться в новой промышленной технологии. Фиксация азота в бесклеточном экстракте уже наблюдалась, но до полного овладения процессом еще далеко.
Два, наверное, самых важных азотистых соединения, синтезируемых в растительных и любых других клетках, — это белки и нуклеиновые кислоты. Белков гораздо больше: они лежат в основе метаболической деятельности клетки и составляют одну из главных частей пищевого рациона животных и человека. Поэтому даже самый отдаленный намек на возможность их искусственного синтеза кажется особенно заманчивым. Однако трудности здесь огромны.
Белков существует множество; все они построены из одного и того же набора аминокислот, но таких аминокислот существует по меньшей мере 24. В образовании их принимает участие еще одна органелла клетки — митохондрия, часто представляющая собой сферическое тело диаметром 1—2 мп. Здесь завершаются основные стадии дыхания, и при этом образуются некоторые кислоты, которые могут соединяться с аммиаком, давая аминокислоты. Возможно, эту систему можно использовать для крупномасштабного производства аминокислот.
Синтез самих белков почти наверняка происходит на поверхности самых маленьких органелл клетки или их производных. Эти органеллы называются рибосомами и представляют собой более или менее шарообразные тела диаметром порядка 0,02 мп. В химическом отношении их главная составная часть — рибонуклеиновая кислота (РНК). Различные аминокислоты выстраиваются рибосомами в нужной последовательности и соединяются между собой пептидными связями. Первая из этих функций зависит от присутствия информационной РНК, образующейся в ядре клетки и определяющей
