Металлы, которые всегда с тобой - Терлецкий Ефим Давидович

Человеческий кларк магния — 0,027, а содержание его в нашем организме не превышает 20 г.

Приведённые цифры лишний раз свидетельствуют: наиболее распространённые в природе металлы являются и важнейшими для живых организмов. Что касается магния, то вряд ли будет преувеличением назвать его главным металлом жизни.

Помните, у нас шёл разговор об.ионах металлов, которые могут занимать вакантные места в порфириновых кольцах? Так вот, если в порфирин внедряется магний, то получается структурная основа молекулы... хлорофилла, того самого вещества, которое придаёт растениям зелёный цвет. Совсем, казалось бы, несущественная замена железа на магний — и вот красное превращается в зеленое.

Самой, пожалуй, важнейшей особенностью магний-порфиринового комплекса, в противоположность аналогичным соединениям железа, является то, что он активен лишь в возбуждённом состоянии. Этим различием и воспользовалась природа, разделив функции железо- и маг-ний-порфиринов. Первые были приспособлены для переноса кислорода, вторые — для превращения энергии1 света в химическую энергию, которая приводит в действие сложнейший механизм фотосинтеза растений. А это, как известно, важнейший процесс живой природы.

Итак, хлорофилл. Впервые такое название (от греческого «хлорос» — зелёный и «филлон» — лист) было дано в 1817 году французскими химиками-фармацевтами Ж. Пельтье и Ж. Каванту спиртовой вытяжке из зелёного листа. Учёные опубликовали исследование под названием «Заметка о зелёной материи листьев». Зелёный пигмент был открыт ими походя, случайно (а кто сказал, что открытия делаются планомерно?). Пельтье и Каванту больше' всего интересовали поиски новых лекарств из различных растений. Они прославились открытием таких препаратов, как стрихнин — сильнейший яд ; и возбудитель нервной деятельности и хинин — популярное средство лечения малярии, полученное ими из коры хинного дерева. Занимаясь лекарственными препаратами, Пельтье и Каванту не. придали особого значения открытию хлорофилла.

Человеком, который посвятил исследованию хлорофилла и фотосинтеза всю жизнь, был замечательный русский учёный Климент Аркадьевич Тимирязев. В конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века он учился и работал за границей под руководством таких выдающихся учёных, как Кирхгоф, Бунзен, Гофмейстер, Клод Бернар, Бертло и Буссенго.

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.