https://biolabmix.ru/catalog/rna-transcription-mrna/?erid=LdtCKWnpq
Подписаться
Биомолекула

Бодрящий кислород

Бодрящий кислород

  • 337
  • 0,0
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Обзор

Рисунок в полном размере.

иллюстрация Марии Усеиновой

Кислород — пожалуй, самый известный газ, без которого не было бы жизни. Из этой статьи вы узнаете, что происходит внутри хлоропластов, каким превращениям подвергаются молекулы внутри листа и как именно кислород выделяется из растений.

Эта статья, уже вышедшая в журнале «Квантик» в 2023 году, теперь опубликована и в «Биомолекуле» в качестве подарка от автора.

Яркий солнечный свет пробивался сквозь листву, окрашивая всё вокруг в чудесный изумрудный цвет. Виктор раздвинул ветви и очутился на поляне.

— Федь, давай посидим тут немного, а то я уже устал грибы собирать.

— Давай! — согласился его товарищ. — А то и правда уже третий час ходим.

Виктор достал из рюкзачка пакет с бутербродами и термос. Солнце припекало, и после долгой прогулки и бутербродов клонило в сон. Ребята блаженно растянулись на траве, глядя в небо.

— Эх, какой всё-таки воздух в лесу! — сказал Виктор. — Голова кружится.

— Это от кислорода, — ответил Федор, — его тут много.

— Кислород... — задумчиво произнес Виктор. — Интересно, почему его столько тут, в лесу?

— Ну как «почему»? — пожал плечами Федор. — Деревья выделяют!

— Да нет, я не об этом. А зачем?

— Так они же растут!

— Ну и что?

— Когда растения растут, они всегда выделяют кислород.

— Но зачем?

— Они же... как это называется... фотосинтезируют! С помощью света строят из углекислого газа новые клетки.

— Вот именно — строят! Значит, им самим нужны стройматериалы. Ты же, если что-то строишь, собираешь стройматериалы, а не выкидываешь!

— А вот у нас соседи как раз недавно ремонт устроили, так столько всего повыкидывали!

— Ну так то они мусор повыкидывали. А кислород — какой же это мусор! Это очень ценная вещь. Зачем же его выбрасывать?

Бывают и особые формы кислорода — активные, которые могут наносить клеткам вред. Впрочем, некоторые живые организмы научились эффективно использовать и «опасные» формы кислорода для своих целей — подробнее об этом читайте в статье «Биомолекулы» «Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов» [1]. — Ред.

Виктор машинально потянулся к нависшему над ним листу, чтобы сорвать его. Тут друзьям показалось, что лист сам стал приближаться к ним и расти. Словно зеленая стена перед ними устремилась к небу и в стороны. Постепенно на поверхности стены появилась «сеточка», которая росла вместе со стеной. Сначала она напоминала поверхность какой-то ткани хитрого плетения, затем стала похожа на кафельную плитку, какой покрывают стены в ванной, только гораздо более разнообразных форм. И, наконец, эти «плитки» превратились в большущие плиты, как на цоколе какого-нибудь помпезного здания.

Рост стены, как будто, прекратился. Между плитами напротив ребят оказалась щель с краями, по форме напоминающими два банана, только размером с хорошие дверные косяки.

— Прямо как вход в пещеру, — с удивлением произнес Федор.

— Если вход — может, войдем? — откликнулся Виктор. Ребята нерешительно подошли к щели. — Ну что, попробуем?

— А там безопасно?

— Кажется, я догадываюсь, что там. Если мы перед собой видим лист, то это, наверное, его устьице.

— Что?

— Устьице, щель на поверхности листа, которая может закрываться и открываться, чтобы проветривать лист.

— Постой! Если оно закрывается, значит, мы можем не выбраться обратно?

— Кажется, они закрываются только ночью. И при засухе.

— Ну, до ночи еще далеко. Ладно, рискнем.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Ребята осторожно пролезли внутрь. Пещера оказалась неглубокой и светлой: солнечный свет прекрасно освещал всё пространство через ее прозрачную внешнюю стенку. Из относительно большого зала сразу за входом открывалось несколько более узких проходов. Внутри проходов было темнее, и стенки их отливали зеленым цветом.

— Полезли? — повернулся к Федору Виктор и стал протискиваться через один из таких проходов.

— Вот уж никогда не мечтал заниматься спелеологией, — пробурчал Федор, залезая следом за ним.

Однако уже через несколько шагов ребята остановились.

— Мы с тобой вроде как ползем по пещере, а словно пришли в океанариум, — с удивлением сказал Виктор, оглядывая прозрачные стенки, за которыми, словно рыбы, плавали какие-то зеленые и красные каплищи, виднелось что-то вроде складок прозрачной ткани, как на картинах в музее, большой шар и еще много чего интересного.

— Кажется, я знаю, что это такое, — Федор указал на зеленый эллипсоид, прямо напротив них сразу за прозрачной стенкой «аквариума». — Это же хлоропласт! Именно в нем происходит фотосинтез и выделяется кислород.

Хлоропласт, похожий на дыню и размером с небольшую акулу, покачивался перед ними. Он тоже был заполнен складками ткани — только не прозрачной, а зеленой, словно кто-то уложил в него, как в шкаф, аккуратно сложенные зеленые шторы. Однако при более внимательном взгляде становилось заметно, что зеленая не вся ткань, а отдельные песчинки, вкрапленные в нее густо-густо. Казалось, что по этим складкам, как по настоящей нейлоновой ткани, которую хорошо потерли, время от времени пробегают искры. Но что именно происходит, понять было невозможно. Между складками виднелось несколько больших белых «зерен».

— Вот бы подобраться туда поближе и разглядеть внимательнее! — завороженно произнес Федор.

— Хорошо бы, только непонятно, как. — Виктор стал ощупывать прозрачную стенку «аквариума» руками.

— Что-то тут не заметно ни одной, даже маленькой дырки.

— Нет, дырки, кажется, есть... только что-то уж о-очень маленькие.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Вся поверхность стенки перед ними была как будто покрыта ковром из прозрачного рыхлого ворса, за которым шла прозрачная и тонкая, словно мыльная пленка, мембрана. Вся она была усыпана вкрапленными в нее песчинками-бусинками с крохотными дырочками внутри. Дырки скорее угадывались, чем были заметны: через них чувствовался «сквозняк».

— Ага, чтобы пролезть через такую дырку, нам не хватает только пузырька с надписью «Выпей меня» на стеклянном столике. Только что-то я тут стеклянного столика не вижу.

И тут стенка снова стала расти — или они уменьшаться? — до тех пор, пока «ворс» прозрачного ковра не раздвинулся далеко в стороны, а оказавшаяся напротив них дырка в одной из бусинок не превратилась в туннель, в который они легко могли пролезть.

— Кажется, со столиком ты погорячился, — ехидно заметил Федор.

Через туннель туда и обратно летала масса разнообразных частичек, похожих на слипшиеся друг с другом мыльные пузыри. Некоторые были из двух слипшихся пузырьков, некоторые — из трех, в одну линию или уголком. Некоторые из них, впрочем, сновали туда-сюда прямо через стенку, минуя туннель.

— А, так вот что это был за сквозняк! — сказал Федор. — Кажется, я узнаю эти уголки.

— Точно, точно, — откликнулся Виктор, — это же молекулы воды! Помнишь, мы с тобой с ними уже сталкивались, когда внутри дракона путешествовали .

Подробнее об этом читайте в книге «Физические новеллы» [2].

— Да, конечно! А вот что это за остальные пузыри, что-то пока не соображу. Ладно, потом разберемся, полезли пока внутрь, как и хотели!

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Ребята медленно пролезли внутрь клетки. Следом за первой мембраной оказались еще две, отделявшие от них загадочные зеленые складки, но в них тоже было достаточно туннелей. Миновав последний, ребята оказались внутри хлоропласта. Прямо перед ними, между двумя стопками сложенных «штор», плавала здоровая белая глыба. Ее поверхность была усеяна какими-то бугорками, как поверхность скалы — камнями. К этим «камням» непрерывно подплывали какие-то небольшие «лодочки» из таких же мыльных пузырей, какие они видели в туннеле. На бугорках они словно заякоривались, а потом словно прилипали к скале, сливаясь с ней, так что нельзя больше было различить их очертаний. От этих постоянно прилипающих к ней лодочек скала медленно росла.

— Это, наверное, крахмал, — сказал Федор. — Помнишь, нам в школе показывали опыт: на срез листа капали раствор йода, и в хлоропласте под микроскопом становились видны фиолетовые крахмальные зерна.

— А что это за лодочки к нему прилипают?

— Хм... кроме опыта с йодом, нам ведь еще говорили, что крахмал можно подержать во рту, и, если хватит терпения, то почувствуешь, что он стал сладким . Это потому, что слюна отщепляет от него молекулы глюкозы. Может быть, это они и есть?

— Да, и правда! Только сейчас крахмал не распадается на молекулы глюкозы, а наоборот, строится из них! То есть мы с тобой видим синтез крахмала в листе на свету?

— Точно! Вот только откуда эта глюкоза-то берется?

Подробнее о превращении углеводов и их модификациях читайте в статье «Биомолекулы» «Жизнь без сахара — не сахар: третий алфавит в молекулярной биологии» [3]. — Ред.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Ребята оглянулись. Лодочки направлялись к крахмальному зерну несколькими потоками. Собственно, и потоком-то это сложно было назвать — это скорее было похоже на движение щепок на поверхности моря в шторм: их швыряло в разные стороны, но постепенно они всё приближались к белой скале, пока не цеплялись за прибрежные камни и не сливались с берегом. Текли они откуда-то, где их явно было особенно много. Издалека было видно, что лодочки собираются из двух половинок. Сами же половинки выходили из какого-то огромного «апельсина». Ребята подобрались к нему поближе. Время от времени на апельсин садилась какая-то «гусеница» из пяти звеньев. К ней подлетала частица из трех слипшихся в линию «мыльных пузырей» — совсем такая, какую они видели в туннеле по пути в клетку — и прилипала к гусенице. После этого гусеница разваливалась на две половинки, с которыми дальше снова что-то происходило, за чем сложно было уследить: они сливались, снова распадались, иногда к ним прилипали еще какие-то частицы. Некоторые из них — это Витя с Федей успели заметить — сливались потом в те самые лодочки-молекулы глюкозы, которые затем зигзагами плыли к глыбе крахмала и оседали на ней.

— Я понял, что это! — Федор указал на тройной пузырь. — Это же молекула углекислого газа . Мы с тобой видели, как они входят в клетку, а теперь они улавливаются хлоропластом и превращаются в глюкозу, а потом в крахмал! Те бугорки, что мы с тобой видели на крахмальном зерне, это ферменты, которые синтезируют крахмал из глюкозы. И этот апельсин — тоже фермент, только другой.

Подробнее о превращениях углекислого газа в хлоропластах и роли фермента карбоангидразы читайте в статье «Биомолекулы» «Волонтер фотосинтеза» [4]. — Ред.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Неожиданно вокруг стало темнеть.

— Что это? Неужели настала ночь? — забеспокоился Федор.

— Может, просто солнце за тучу зашло? — предположил Виктор. — Не волнуйся, выберемся отсюда. Давай пока еще немного посмотрим, раз уж мы тут.

Но ничего особенного не происходило. Молекулы углекислого газа продолжали подлетать время от времени к «гусеницам» («углеводы» — вспомнилось слово Вите и Феде), а получавшиеся в итоге осколки продолжали видоизменяться, слипаться, разлипаться, соединяться в лодочки глюкозы и совершать свои путешествия к крахмалу.

— Странно, — произнес, наконец, Виктор, — как будто солнечный свет и не нужен для фотосинтеза? И в темноте всё работает .

— Темновато, конечно, но всё же это еще не полная темнота, — отозвался Федор.

Чтобы подробнее узнать о фотосинтезе и его фазах, посмотрите видео, опубликованное на «Биомолекуле» [5]. — Ред.

Однако что-то начало меняться. Молекулы углекислого газа всё так же летали и слипались с длинными молекулами углевода на апельсиноподобном ферменте. По-прежнему возникали осколки, но они всё медленнее реагировали друг с другом, словно в темноте потеряли весь интерес к своей бурной «жизни». Нет, они не останавливались, их всё так же носило в разные стороны, как щепки на волнах, но только теперь это движение стало каким-то бессмысленным, безрезультатным. Всё меньше появлялось лодочек глюкозы, и даже гусеницеподобные молекулы, хватавшие углекислый газ, всё реже и реже заползали на апельсин.

— Нет, чего-то им всё-таки в темноте не хватает. Но чего — не могу разглядеть.

— Так в темноте и не разглядишь. Придется ждать, пока солнце выглянет.

К счастью, ждать оказалось недолго. Видимо, солнце вышло из-за облаков, и клетку снова залило ярким светом. Молекулы, за которыми внимательно наблюдали ребята, вдруг снова словно ожили — стали видоизменяться, соединяться, разъединяться... Во всем этом бурном движении ребята заметили то, на что не обратили внимания раньше. Перед тем как вступать во все дальнейшие реакции, осколки от углевода, присоединившего к себе молекулу углекислого газа, сталкивались еще с какой-то молекулой, похожей на морского конька с плоскими головой и хвостом, где шары-атомы были словно нанизаны на обруч. Что-то маленькое и стремительное перепрыгивало с «коньков» на молекулы-осколки при этом столкновении.

— Вить, ты видишь, что это?

— Нет, не могу разобрать.

— Надо посмотреть, откуда они плывут.

«Морские коньки» плыли откуда-то со стороны зеленых складок. Ребята двинулись туда. Складки при ближайшем рассмотрении оказались больше похожи на уложенные в стопку мешки, чем на шторы: у штор есть края, а тут никаких краев или углов не было видно. Сама «ткань» была очень похожа на ту мыльно-пузырную мембрану, через которую дети пролезали в клетку.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Вблизи можно было разглядеть и те зеленые песчинки, которые покрывали бóльшую часть поверхности мембраны. Они напоминали клубки и были нескольких видов; некоторые плавали в мембране поодиночке, некоторые — по два или три, а некоторые слипались в один большой «плот». Многие клубки были утыканы плоскими зелеными флажками, словно швейная подушечка — булавками.

— Я знаю, это же хлорофилл! — воскликнул Федор. — Это он поглощает солнечный свет, чтобы использовать его для фотосинтеза. А клубки — это, наверное, белки, за которые он держится.

Познакомиться с разными видами хлорофиллов можно в статье «Биомолекулы» «Молекулярные тайны осенних листьев» [6]. — Ред.

В этот момент что-то вроде вспышки осветило мембрану, которую они рассматривали. Мгновенно что-то маленькое пробежало по одному из белковых клубков, перескочило с него на другой, красноватого оттенка, с него — на третий, снова зеленый. Еще одна вспышка — и оно побежало и по этому клубку, перескочило на какую-то молекулу, а с нее — на «морского конька»! Затем — еще одно, и еще... «Морских коньков» с ценным грузом накапливалось все больше и больше, и они, обычным для этого странного мира беспорядочным зигзагообразным движением, начали расползаться во все стороны, но в основном — туда, где без их груза замирала осмысленная жизнь, где апельсинообразные ферменты ловили углекислый газ. Но что же это был за груз? Он пробегал по зеленым клубкам с такой скоростью, что ребятам никак не удавалось разглядеть.

— Нет, не могу разобрать, — Федор, наконец, оторвал взгляд от этой завораживающей, но совершенно непонятной картины. — Догадываюсь только, что это те самые искры, которые мы с тобой видели снаружи и которые нам напомнили искры в наэлектризованной нейлоновой ткани.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

— Похоже, конечно. Но там — электроны бегут, а тут... Постой! — Виктора вдруг осенило. — А может быть, и это тоже — электроны?

О том, как устроены атомы и какую роль выполняют электроны, читайте в статье «Биомолекулы» «Магниты, радио, электроны и ядра» [7]. — Ред.

Ребята снова вгляделись в складчатую мембрану с зеленым клубками. Трудноразличимые электроны бежали от одного белка к другому, заканчивая свой путь на «морских коньках», которые дальше несли их к углеводам.

— Так вот чего не хватало для превращения углекислого газа в глюкозу, — сообразил Виктор, — электронов! Мы даже по химии это проходили — окислительно-восстановительные реакции, в которых нужно перенести электрон от одного вещества к другому.

— Другое — это углеводы, тут всё понятно. Их зачем-то надо восстановить, чтобы получить глюкозу из углекислого газа. А вот где это самое «одно вещество», от которого они переносятся? Я ничего не вижу.

Ребята снова вгляделись в один из клубков, где начинал свое путешествие электрон. Вот один электрон побежал вперед. Казалось, что он начал свое движение почти от границы белка, но кто мог его туда принести? Ни одна молекула не приближалась к этой границе и не отплывала от нее. Второй электрон побежал — никаких изменений. Третий — все по-прежнему.

— Не могут же они из ничего браться!

— Может быть, это что-то мелкое, чего мы с тобой не можем различить?

И вдруг, когда очередной электрон отправился в свой путь, оттуда же выплыла знакомая им молекула — двойной «мыльный пузырь», на который ребята обратили внимание еще на пути в клетку. А его место незаметно заняли два «уголка» — молекулы воды.

— Так вот почему мы не заметили их! Вода тут везде, и мы просто не обратили на нее внимание. — Федор удовлетворенно потер руки.

— Только я пока не понимаю, что с водой происходит. Давай посмотрим еще раз.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

Снова четыре электрона убежали вдаль, а вместо двух молекул воды из белка выплыла наружу все та же двухатомная молекула. Только теперь ребята обратили внимание еще на четыре маленьких атома, вместе с ней покинувших белок. Виктор задумался.

— Если вначале были молекулы воды, то выходит, что это — водород и кислород, ведь никаких других элементов в воде нет.

— Точно! А ведь мы с тобой даже в музее видели похожий опыт — когда через воду пропускали электрический ток и разлагали ее на водород и кислород.

— Да, только тут молекула водорода не получается — одни только атомы.

— Думаю, что это даже и не атомы, а ионы. Ведь их электроны убежали к углеводам.

— Получается, что для превращения углекислого газа в глюкозу нужны электроны, и растение их отбирает с помощью света у воды? А в результате из воды получается кислород — отход фотосинтеза, не нужный растению! Вот оно его и выбрасывает! — Виктор был счастлив. — Теперь я понимаю...

— Ну, раз понимаешь, то можно и обратно! Поехали?

— На чем?

— Да на том же кислороде. Раз растение его выделяет, значит, и мы вместе с ним рано или поздно снаружи окажемся.

Ребята покрепче ухватились за своих только что опознанных «лошадок», и те понесли их. Из хлоропласта, из клетки, вот уже впереди открылась яркая устьичная щель, и солнечный свет ослепил их, так что невозможно было не зажмуриться.

Иллюстрация

иллюстрация Марии Усеиновой

... Виктор открыл глаза. Он лежал на траве, над ним наклонился стебель какого-то злака, в небе сияло солнце. Приподнявшись на локте, он потеребил Федю — тот тоже лежал, зажмурив глаза.

— Федя, ты спишь?

— Уже нет. Хотя, кажется, и правда задремал после нашего с тобой перекуса.

— Да, и меня тоже в сон потянуло. А помнишь, мы с тобой про листья начинали говорить и про кислород? Так вот, мне тут такой сон приснился...

— И тебе тоже? — Федор тоже приподнялся на локте.

— Нам с тобой что, одинаковые сны снились?

— Или не сны.

— Думаешь, мы правда внутри листа побывали?

— Не знаю. Но мы с тобой уже не в первый раз куда-то проваливаемся — стоит нам начать с тобой слишком умные разговоры.

— Это, наверное, все оттого, что они очень интересные.

— Это все оттого, что кто-то слишком умный, — прервал Федор. — Вставай, пойдем домой. Надышались кислородом, и хватит.

Ребята поднялись, собрали пакеты с остатками завтрака и корзинки с «добычей». Виктор накинул рюкзачок на одно плечо.

— Федь, а я где-то читал, что на самом деле кислорода — везде одинаково, что это вовсе не из-за него лесной воздух бодрит...

О том, что бывает при снижении концентрации кислорода, читайте в статье «Биомолекулы» «Гипоксия, негипоксическая гипоксия и иммунитет» [8]. — Ред.

— Ты опять? Слушай, я хочу сегодня добраться домой, а не в новое приключение отправляться.

— Молчу, молчу! — прервал себя Виктор. Потом заговорщицки наклонился к уху товарища и шепотом спросил:  Но в следующий раз — обсудим?

— Обсудим, — подмигнул ему Федор. — Но — в следующий раз!

Литература

  1. Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов;
  2. Птушенко В.В. «Физические новеллы». М.: КДУ, 2018. — 60 с.;
  3. Жизнь без сахара — не сахар: третий алфавит в молекулярной биологии;
  4. Волонтер фотосинтеза;
  5. Фотосинтез в образах;
  6. Молекулярные тайны осенних листьев;
  7. Магниты, радио, электроны и ядра;
  8. Гипоксия, негипоксическая гипоксия и иммунитет;
  9. Птушенко В.В. (2023). «Бодрящий кислород». Ч. 1. «Квантик». 8, 4–9;
  10. Птушенко В.В. (2023). «Бодрящий кислород». Ч. 2. «Квантик». 9, 2–7.

Комментарии