Енергетика живої клітини
На початку почав
Нещодавно В.П. Скулачов – дійсний член РАН, президент українського біохімічного суспільства – запропонував цікаву систему поглядів на походження та еволюцію біологічних механізмів запасання енергії. На його думку, все почалося із АТФ. У ті далекі часи, коли життя Землі лише зароджувалася, основним джерелом енергії для первинних біохімічних реакцій було ультрафіолетове світло. Саме тоді ще до утворення живих клітин під дією ультрафіолету разом з іншими первинними нуклеотидами з'явився аденін, потім аденозинмоно- і аденозиндифосфати. Потім під впливом того ж ультрафіолету з аденозиндифосфату і етилмонофосфату) виник АТФ і ряд коферментів, здатних приймати енергію від збудженого ультрафіолетом аденіну і використовувати її для проведення енергоємних хімічних реакцій (наприклад, відновлення простих речовин середовища до складних сполук первинної клітини).
Поява в процесі еволюції високомолекулярних ферментів, з їх величезною вибірковістю щодо субстратів, і фосфоліпідів - унікальних речовин, здатних мимоволі утворювати найтоншу, непроникну для білків і вуглеводів плівку і згортатися в відокремлені маленькі бульбашки з цієї плівки, увен активного відкачування протонів у зовнішнє середовище за рахунок енергії АТФ за допомогою спеціального білка, вбудованого в клітинну мембрану. Можна вважати, що з утворенням Н+-АТФази завершилося формування первинної клітини, яка використовувала ультрафіолетове світло як джерело енергії для життєдіяльності.
Наступним принциповим кроком в еволюції була заміна ультрафіолетового світла на видимий - менш небезпечний і вільно проходить крізь атмосферу, що поступово формується в атмосфері.озоновий шар. Однак новий фотосинтез, як і раніше, використав АТФ: ця еволюційна знахідка міцно зайняла місце «конвертованої енергетичної валюти» у клітинному метаболізмі.
Найважливіше «відкриття» зробили ціанобактерії: близько 3 млрд. років тому вони набули здатності використовувати як донор електронів не сірководень (як пурпурові бактерії), а всюдисущу воду.
Побічним продуктом фотосинтезу у ціанобактерій та рослин є молекулярний кисень. Наростання його концентрації в атмосфері призвело до появи у живих клітин спеціальних ферментів, що прибирають цей сильний окислювач, небезпечний для життєдіяльності. В ході еволюції аеробні мікроорганізми навчилися отримувати користь з даного процесу: вони створили дихальний ланцюг електронного транспорту, пов'язаного з відкачуванням протонів, причому принцип влаштування та роботи дихального ланцюга в основних рисах повторив фотосинтетичний ланцюг.
З появою складно організованих еукаріотичних клітин, з яких складаються тіла рослин і тварин, «енергетичними підстанціями» рослинних клітин стали ціанобактерії (вони перетворилися на хлоропласти). Тварини, у свою чергу, «захопили» в полон аеробних бактерій, перетворивши їх на мітохондрії – «енергетичні підстанції» іншого типу.
Така багатопланова картина функціонування та еволюції систем перетворення енергії живими клітинами, що склалася в ході досліджень різних організмів. В даний час будова більшості білків, що здійснюють трансформацію енергії, та їх взаємне розташування у біологічних мембранах детально вивчено. Отримано основні уявлення про шляхи руху електронів молекулярними комплексами. Тепер необхідно зрозуміти, як на рівні складного багатоклітинного організму (наприклад, людини) контролюєтьсяточність роботи молекулярних трансформаторів енергії та як відбувається керування інтенсивністю роботи систем енергозабезпечення. Для цього доведеться ретельно проаналізувати величезну масу молекулярно-біологічних відомостей разом із результатами розшифрування генетичних послідовностей, цитологічними та біофізичними даними. Успішний розвиток уявлень у галузі енергетики живих систем вкрай важливий для розуміння людиною свого місця у Всесвіті.