Индекс активности участника

Отзыв статьи – редкое и достаточно серьезное событие, особенно для такого авторитетного журнала, как Nature. За последние 10 лет отозваны были менее 10 статей. Примерно в половине случаев авторы признали невоспроизводимость результатов экспериментов либо ошибку в их проведении. Еще половина – установленные факты мошенничества. Самый известный «научный обманщик» в мире – корейский специалист по стволовым клеткам Хван У Сук, утверждавший, что клонировал собаку, а также получил клонированные стволовые клетки. За мошенничество он был лишен профессорского звания и провел два года в тюрьме, но на родине многие до сих пор считают его невинно оклеветанным. Когда обман раскрылся, все его статьи, в том числе в Science и Nature, были отозваны. Показательно, что чаще всего предметом мошенничества становятся работы по прикладным и социально значимым проблемам. Уже в этом году журнал Lancet отозвал статью, необоснованно связавшую прививки против кори, краснухи и свинки с развитием аутизма. Статья была удалена из архива журнала, а ее автор оказался под угрозой лишения лицензии на врачебную деятельность за нарушение этических норм и подлог.

Постараемся разобраться, действительно ли можно провести аналогию между биологическим окислением и подобными процессами в топливных элементах, и если эта аналогия существует, то может ли большая энергетика чему-либо научиться у маленькой клетки?

18.05.2024

Сложные предложения

Таким образом, задача заключается в том, чтобы атомы водорода, которые образуются внутри клеток, не расходовались (не окислялись) там для собственных нужд, а выводились "челноком" наружу для окисления в топливном элементе. Первую часть задачи выполнить относительно просто - надо либо поместить клетку в бескислородные (анаэробные) условия, либо разрушить кислородный конец дыхательной цепи сильнодействующим средством, например, окисью углерода или цианистой кислотой. Подобрать подходящий "челнок" значительно труднее. Пожалуй, лучше всего для этого подходит система из молочной и пировиноградной кислот, которые относительно хорошо проникают через большинство клеточных мембран.

В любой клетке, как и в топливном элементе, основным субстратом служит водород. Однако в клетке он находится не в свободном, газообразном состоянии, а связан с переносчиком (газообразный водород, выделяющийся в атмосферу, образуют лишь некоторые виды бактерий). Переносчики водорода - целая группа химических соединений, среди которых наибольшее значение имеет никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД). Это сложное соединение с молекулярной массой 633 дальтона способно переносить всего два атома водорода с общей массой равной двум. Эффективность почти такая же низкая, как у гемоглобина, однако фактически НАД работает значительно эффективнее, так как оборачиваемость у него очень высока - до нескольких тысяч в минуту. Это ведь внутриклеточный переносчик, и расстояния, на которые он транспортирует водород, измеряются микрометрами или их долями.

18.05.2024

Встроенный запуск словаря

Закономерен вопрос: а нужен ли переносчик на такие микроскопические расстояния? Транспортировать водород так же, как гемоглобин переносит кислород, действительно нет необходимости, поскольку он образуется тут же в клетке, но дело в том, что НАД переносчик совсем в другом смысле. Ведь гемоглобин транспортирует молекулярный кислород, поступающий из воздуха, и в такой же форме отдает его тканям. Молекулярного же водорода в клетках нет, поэтому НАД - это те клещи или щипцы, которые "выдирают" атомы водорода из окисляемых молекул пиши. За каждый заход молекула НАД забирает по два атома водорода, одновременно способствуя тому, чтобы один из них распался на две заряженные частицы - протон и электрон, причем отрицательный электрон остается присоединенным к молекуле переносчика, а положительный протон (ион водорода) переходит в раствор. В дальнейшем движении по дыхательной цепи распадается и другой атом водорода. В процессе движения электронов по дыхательной цепи происходит накопление энергии в форме веществ, которые называются макроэргами. Дальше организм использует их по мере потребности для удовлетворения конкретных нужд - мышечного сокращения, накопления ионов в клетках и т. д.

В принципе можно, ведь химики-технологи давно уже и разными способами получают водород, расходуя энергию, запасенную в органическом топливе. Однако для этого нужны высокие температуры, в то время как в клетках та же цель достигается совершенными катализаторами - ферментами. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в обозримом будущем удастся искусственно создать такую же систему катализаторов, какая существует в клетке. Иное дело, если бы удалось живые клетки пристроить к топливному элементу. Тогда в нем можно было бы сжигать самые разнообразные органические продукты растительного происхождения - дрова, торф, сапропель и так далее. Какие же на пути к этому возникают препятствия, и можно ли их преодолеть?

18.05.2024

Введена система ученых званий

Другое сопоставление, правда, внешнее, подчеркивает интересную и важную закономерность. Единственный топливный элемент, который нашел реальное применение в технике, использует в качестве окисляемого вещества водород. В клетках за миллионы лет эволюции прочно укрепился биохимический механизм, в котором непосредственным субстратом (топливом) служит также водород, но присоединенный к НАД. Он по физическим и химическим свойствам заметно отличается от газообразного водорода, в частности уступает по теплотворной способности, но все же это две формы одного и того же вещества, которое является самым богатым в природе концентратом энергии. Очевидно, поэтому водород оказался самым подходящим топливом и для клеток и для топливных элементов. Проблема (для техники) заключается в том, где взять его в достаточном количестве и как транспортировать.

Таким образом, непосредственная доставка кислорода клеткам через дыхательные трубочки-трахеи оказалась не очень эффективной и в процессе эволюции была вытеснена системой из двух переносчиков кислорода - один движется с током крови, другой облегчает проникновение кислорода из крови в клетки. Поскольку известны не только природные, но и искусственные вещества, обратимо связывающие кислород (его синтетические переносчики), можно думать, что некоторые из них могут быть использованы в кислородных электродах топливных элементов для облегчения транспорта газа.

18.05.2024