Загадка фотосинтезу — вирішення близько?

Про те, що рослини вміють засвоювати вуглекислоту з повітря, знає кожен школяр. З вуглекислого газу та води рослини синтезують вуглеводи, необхідні для створення клітин. Проте будівельний матеріал — схоже, не єдина роль, яку відіграє СО2 у процесі фотосинтезу. У цьому необхідно досконально розібратися. Ось чому фонд CRDF і Агентство «Роснаука» підтримали вчених із підмосковного академмістечка Пущино, котрі вивчають механізм фотосинтезу.

Загалом процес фотосинтезу, тобто реакція утворення вуглеводів із вуглекислого газу в рослинах, що супроводжується виділенням в атмосферу вільного кисню, звичайно, знайомий кожному школяру. У найпростішому варіанті — СО2 плюс Н2О виходить глюкоза плюс кисень. Однак ця простота — уявна. На побутовому рівні все начебто зрозуміло: людина використовує кисень і видихає СО2, а рослини — навпаки, засвоюють із повітря СО2, а назад в атмосферу виділяють кисень. Якщо ж спробувати зрозуміти механізм процесу на молекулярному рівні, все виявляється набагато складніше, а почасти взагалі дотепер зовсім не зрозуміло навіть для фахівців. Розібратися в механізмі явища саме намагаються, і дуже небезуспішно, працівники Інституту фундаментальних проблем біології РАН (м. Пущино) та їхні заокеанські колеги з Прінстонського університету (США).

Порівняно недавно вчені з Пущино з’ясували, що вуглекислий газ — це не тільки субстрат, тобто вихідний будівельний матеріал для синтезу вуглеводів. У нього, виявляється, є ще одна надзвичайно важлива роль — він бере участь у процесі окислювання води, тому самому, завдяки якому й утворюється вільний кисень. Без нього вбудований у внутрішню мембрану хлоропластів складний комплекс білків і пігментів — водоокислювальний комплекс фотосистеми-2 — працює погано — не окисляє воду, отже, і не виділяє кисень. Щоправда, бере участь у цьому процесі не сам вуглекислий газ, а бікарбонат-іон, що утворюється при розчиненні газу у воді.

Попри зусилля багатьох науково-дослідних лабораторій у світі механізм фотосинтетичного окислювання води не до кінця вияснено. У цьому і сподіваються розібратися спільними зусиллями вчені з Пущино та Прінстона. Основна мета співробітництва — з’ясовування молекулярного механізму участі іонів бікарбоната у функціонуванні водоокислювального комплексу фотосистеми-2 з використанням фізичних і хімічних методів.

«Взаємна вигода, на яку ми чекаємо від співробітництва, заснована на комплементарності підходів, що використовуються у нашій пущинській групі та у групі з Прінстона. Інакше кажучи, вони вдало доповнюють один одного, — каже керівник проекту професор В’ячеслав Климов. — Прінстонська група має великий досвід у неорганічному синтезі, у використанні фізико-хімічних методів. Зокрема, у них є ЕПР-спектрометр із величезними, раніше недосяжними можливостями. А в нашій групі накопичено колосальний досвід з виділення, очищення та вивчення препаратів фотоситеми-2». Ну а результати такого співробітництва потрібні нам усім, людству в цілому. Отримані результати будуть важливі як для розуміння молекулярного механізму фундаментального біологічного процесу, що має велике значення для сталості та розвитку біосфери, так і для розуміння основ стійкості рослин до дії несприятливих чинників зовнішнього середовища (екстремальні температури, ультрафіолетове та іонізуюче випромінювання, детергенти), оскільки система окислювання води — найуразливіша ланка фотосинтетичного апарата рослин.

Адже знання відкриває нові можливості. Наприклад, використовувати досвід рослин і навчитися робити вуглеводи прямо з повітря, при цьому нічим не травмуючи навколишнє середовище. Так і проблеми з бензином можна буде вирішити, і голодуючих нагодувати. Фантазії, звісно. Або нехай не дуже близька, але реальність?