Как и почему этот процесс извлечения энергии стал одним из важнейших механизмов жизни? Никто не знает. Но его универсальность, как и универсальность генетического кода, представляет собой аргумент, и аргумент сильный, в пользу единства жизни. Почему все живое обеспечивает себя энергией совершенно одинаковым способом? Напрашивается ответ: это потому, что вся жизнь, скорее всего, произошла от общего предка — одноклеточного вида, существовавшего, по мнению исследователей, около 4 млрд лет назад.
Аккумуляторы и жизнь
Свидетельства в пользу единства жизни становятся еще более убедительными, если проследить, что происходит дальше с энергией, которую высвобождают электроны, прыгающие от одной окислительно-восстановительной (ОВ) реакции к другой. Эта энергия используется для зарядки биологических аккумуляторных батарей, встроенных в каждую клетку без исключения. Биологические батареи, в свою очередь, обеспечивают энергией синтез молекул, которые особенно хорошо умеют переносить и доставлять энергию туда и тогда, где и когда она требуется в клетке. Это сложный процесс. Но у всего живого этот процесс одинаков.
В общих чертах этот процесс происходит примерно так. Когда электрон запрыгивает в протянутые молекулярные «руки» определенного ОВ-рецептора, принимающая молекула дергается и меняет свою ориентацию относительно других молекул, плотно упакованных вокруг нее, примерно как шестеренка с храповиком, сдвигающаяся на один щелчок вперед. Затем, когда ветреный электрон перепрыгивает к следующему ОВ-рецептору, первая молекула «со щелчком» возвращается в первоначальную ориентацию, тогда как новый молекулярный реципиент дергается и меняет ориентацию. Когда электрон выполняет следующие прыжки, все происходит по той же схеме. Молекулы, принимающие электрон, дергаются и проворачиваются на шаг вперед; молекулы, теряющие электрон, тоже дергаются, возвращаясь в первоначальную ориентацию.
Цепочка прыжков электрона и связанных с ними молекулярных конвульсий выполняет тонкую, но важную задачу. Молекулы, проворачиваясь вперед и назад, толкают группу протонов, заставляя их проходить сквозь окружающую мембрану, за которой они собираются в узком отсеке, превращающемся в переполненную авоську. Или, проще говоря, протонную батарейку.
В обычной батарейке химические реакции вынуждают электроны аккумулироваться на одной стороне батареи (аноде), где взаимное отталкивание этих одинаково заряженных частиц гарантирует их готовность разлететься при первой возможности. Когда вы замыкаете электрический контур, нажимая кнопку включения или щелкая переключателем, вы тем самым освобождаете запертые электроны, разрешая им выйти из анода, пройти сквозь устройство — лампочку, ноутбук, мобильный телефон — и добраться наконец до другой стороны батарейки (катода). Батарейка хоть и привычная часть нашего быта, но на самом деле это хитроумное устройство. Она запасает энергию в плотных группах электронов, стоящих наготове и способных в любой момент высвободить энергию и обеспечить питание устройств по нашему выбору.