Терлецкий Давидович - Металлы, которые всегда с тобой

• Название: Металлы, которые всегда с тобой
• Автор: Терлецкий Давидович
• Издательство: Знание
• Жанр: Природа и животные
• Год: 1986

Металлы, находящиеся в незначительных количествах внутри живого организма, называют микроэлементами. Это не случайные примеси, а важнейшие составляющие биологически активных веществ: они обеспечивают нормальный ход биохимических процессов, стимулируют обмен веществ, активно участвуют в кроветворении, влияют на рост, размножение и наследственность организмов. Вот почему их еще называют металлами жизни. Эта книга о десяти важнейших биометаллах, о трудном пути познания роли для всего живого...

---

В 1871 году Тимирязев получил степень магистра, защитив диссертацию «Спектральный анализ хлорофилла». Именно в ней 28-летний учёный впервые обращает внимание на сходство между хлорофиллом итемом крови. И только более чем через четверть века—в 1897 году М. В. Ненцкий экспериментально доказал это положение.

Как и красный пигмент крови, зелёный пигмент растений весьма заинтересовал учёный мир. В дальнейшем выяснилось, что Пельтье и Каванту получили не один какой-либо пигмент, а смесь нескольких природных красителей. Были предприняты попытки их разделения, в результате чего установили: хлорофилл, по существу, состоит из двух пигментов — зелёного и жёлтого. Именно последним и объясняется цвет осенних листьев. В 1864 году

попытку спектрального анализа хлорофилла предпринял известный английский физик Дж. Стоке, обнаруживший впигментах листьев два зелёных и два жёлтых красителя.

Собственно жёлтые пигменты нас не интересуют. Стоит лишь заметить, что они относятся к природным красителям — каротинам и тоже участвуют в процессе фотосинтеза. А вот на двух зелёных красителях остановимся подробнее

Разный, разный хлорофилл

Исследованием хлорофилла занимался и замечательный русский ботаник Михаил Семенович Цвет, прославившийся: более изобретением хроматографии— простого способа разделения смесей который в наше время стал совершенно незаменимым в химическом анализе. М. С. Цвет родился в Италии и немало скитался по свету в поисках пристанища для спокойной работы.; В конце концов он обосновался в России, на родине своего отца. Здесь им были сделаны главные его открытия, здесь он и. умер в 1919 году, не дожив до 47 лет. Созданный учёным аналитический метод, который он назвал хроматографией (от греческого «хрома» — цвет), позволил доказать наличие двух пигментов, составляющих хлорофилл.

М. С. Цвет пропускал раствор пигментов через стеклянную колонку, плотно набитую толчёным мелом. И разные пигменты, даже незначительно отличающиеся друг от друга, осаждались по-разному. Таким образом получался столбик, напоминающий шлагбаум тем, что был окрашен послойно. Метод, предложенный М. Цветом, позже получил развитие и ныне широко применяется в химическом анализе.

Случайно или нет, но примерно в это же время хлорофиллом занимался и немецкий учёный, ровесник Цвета Рихард Мартин Вильштеттер. Вместе со своим ближайшим учеником Артуром Штолем ему удалось получить кристаллический хлорофилл и определить его основные компоненты. Они установили, что этот пигмент является комплексом, содержащим магний. В 1913 году Вильштеттер и Штоль опубликовали фундаментальный труд «Исследования хлорофилла». Затем Вильштеттер увлёкся и другими растительными пигментами. В 1915 году за исследования хлорофилла и других пигментов ему присудили Нобелевскую премёю по химии.

Окончательную структуру хлорофилла установил уже знакомый нам Ханс Фишер в 1940 году.

Искусственный хлорофилл был получен ещё через 20 лет. Эта заслуга принадлежит коллективу американских учёных, возглавляемому известным химиком-органиком Робертом Бёрнсом Вудвортом. Недаром его называли непревзойдённым королём синтеза, человеком, «который лепит молекулы». В самом деле, 27-летний Вудворт дебютировал синтезом хинина, на который было затрачено чуть больше года. Что же, опять случайное совпадение? Пельтье и Каванту сначала открыли хинин, а потом хлорофилл. Вудворт сначала синтезировал хинин, а потом хлорофилл. В 1951 году Вудворт сообщает, что им проведены синтезы холестерина — одного из стеринов, с которым связано нарушение обмена вещёств и отложение бляшек на стенках сосудов, а также кортизона — лекарства против различных воспалительных процессов. Далее следуют синтезы других соединений., среди которых известный нам стрихнин, а также резерпин — средство лечения психических заболеваний и гипертонии. И наконец, синтез хлорофилла, на который было затрачено 4 года. Отметим попутно, что Вудворт расшифровал к тому же и структуры молекул террамицина, ауромицина, биомицина, стрептомицина, тетрациклина. Значение этих антибиотиков в медицине общеизвестно. Все это вкупе с последующими достижениями (о которых мы ещё будем говорить) в 1965 году принесло Вудворту Нобелевскую премёю.

Итак, было обнаружено, что хлорофилл состоит из двух компонентов, которые получили название а и b, a также (и это для нашего рассказа самое главное) что в центре его порфиринового кольца заключён магний.

Вообще-то говоря, типов хлорофилла несколько, и они находятся в растительных клетках в специальных органеллах, или пластидах — хлоропластах. У бактерий, способных осуществлять фотосинтез, хлорофилл заключён в хроматофорах. У растений и у водорослей обычно встречается два типа хлорофилла — а и Ь. Впрочем, у диатомовых и бурых водорослей обнаружен вместо хлорофилла а хлорофилл с, а у красных водорослей — хлорофилл d.

Хлорофилл же, заключённый в фотосинтезирующих бактериях, не мудрствуя лукаво, назвали бактериохлорофиллом. Все эти виды зелёных пигментов отличаются друг от друга незначительными деталями, которые для нас не играют роли. На рис. 9 показано, как выглядит молекула хлорофилла а.

Длинный хвост, присоединённый к магний-порфириновому комплексу, это углеродная фитольная цепь, позволяющая молекуле связываться с жироподобными вещёствами.

Земной посредник космоса

Все мы дети Солнца. Это не только прочно установленная, но и твёрдо усвоенная всеми нами истина. В самом деле, наиболее значительное влияние мы испытываем со стороны космических явлений, из которых самое сильное — световое излучение, а попросту солнечный свет, несущий потоки самых разнообразных частиц.

Ещё древние придавали огромное значение тесной связи между Солнцем и Землёй, но объяснение этого явления носило скорее мистический характер. Прошли тысячелетия, прежде чем человек сумел научно объяснить влияние космических сил на земную жизнь.

Всего лишь несколько десятилетий назад биологи понимали под внешней средой метеорологические и географическое факторы, воздействующие на живой организм. Сегодня понятие внешней среды вышло далеко за эти пределы. Кто-то остроумно заметил, что космос начинается с форточки.

В связи с космическим пониманием земных процессов и в особенности такого явления, как жизнь, вспомним благодарно четырёх выдающихся советских учёных: Климента Аркадьевича Тимирязева, Владимира Ивановича Вернадского, Константина Эдуардовича Циолковского и Александра Леонидовича Чижевского.

Для/первого знакомства я должен откровенно признаться, что перед вами именно такой чудак. Более тридцати пяти лет провёл я, уставившись если не на зелёный огурец, закупоренный в стеклянную посудину, то на нечто вполне равнозначащее — на зелёный лист в стеклянной трубке, ломая себе голову над разрешением вопроса о запасании впрок солнечных лучей»

Сборник своих лекций и научных работ Тимирязев ёмко и лаконично назвал «Солнце, жизнь и хлорофилл», чётко определив, таким образом, суть солнечно-земных связей. В том же 1903 году появилась знаменитая теперь работа Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые была дана чёткая программа освоения космоса, которой, по существу, следуют и по сей день. Вот что в ней говорилось об искусственном «малом мире», необходимом для обеспечения нормальной жизнедеятельности внутри космического корабля:

«Как на земной поверхности совершается нескончаемый механический и химический круговорот вещёств, так и в нашем маленьком мирке он может совершаться... Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения... Как все существующее на Земле живёт одним и тем же количеством газов, жидкостей и твёрдых тел, которое никогда не убывает и не прибывает, так и мы можем вечно жить взятыми нами запасами материи... Подыскать и испытать годные для этой цели растения... определить наименьшую поверхность, освещённую солнечными лучами и достаточную для человека в отношении дыхания и питания...»

Здесь, как нетрудно понять, речь идёт о фотосинтезе и о вызываемом им круговороте вещёств. Этого мы ещё коснемся.

И наконец, Вернадский — человек немыслимой эрудиции и широты научных познаний, один из выдающихся естествоиспытателей нашего времени, разработавший учение о биосфере. Уж кто как не он представлял себе, что «живое вещёство» (понятие, которое именно он ввёл в научный обиход) является, по существу, тонкой плёнкой на поверхности Земли, развитие которой происходит под преимущественным воздействием космической энергии, и прежде всего солнечной. Вот его мысли: «Животные всецело зависят во всей своей жизни от энергии, удержанной хлорофилльными растениями из солнечных лучеиспусканий. Жизнь — есть проявление этой энергии». И ещё: «Мы, видимо, выходим за пределы планеты, так как все указывает, что действие — геохимическое — разума, жизни цивилизованного человечества не остановится размерами планеты». Тут уж явная перекличка с Циолковским.