 |
Посредники. Невидимая добыча
|
|
|
|
Посредники
В клубеньках бобовых растений при нормальном давлении и нормальной температуре атмосферный азот лишается свободы и вступает в химическую связь. При этом ценность его сильно возрастает, так как свободного азота сколько хочешь, а химически связанного не хватает. Здесь, в клубеньках, этих маленьких цехах, восполняется значительная часть азотной пищи планеты. На протяжении десятилетий, которые принесли миру атомную энергию, телевидение, нейлон и прочие не менее диковинные вещи, процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями продолжал оставаться тайным.
Азот противится связям с посторонними элементами. Без принуждения он не реагирует даже с такими общительными газами, как водород и кислород. Между тем азот, если можно так выразиться, один из основателей самой жизни. Он лежит в «фундаменте» всех известных белковых молекул. Вот и получается, что жизнь основал безжизненный («азотикон» по‑ гречески означает именно это).
Дорого обходится человечеству безжизненность азота. Соединения этого элемента используются для решения двух самых крупномасштабных задач – пропитания людей (азотные удобрения) и их истребления (начинка снарядов и авиабомб). Единственным подходящим источником для удовлетворения такой ненасытной потребности в сырье служит атмосфера. Там азота в преизбытке. Но – свободного.
(Нам просто удобен такой ход рассуждений, а вообще‑ то сожалеть об инертности азота не больше оснований, чем радоваться по тому же поводу. Стань вдруг азот активнее, он соединился бы с водами океана и превратил их в азотную кислоту, сделав жизнь невозможной. )
На заводах синтетического аммиака его связывают. Это происходит в стальных толстостенных башнях, где давление достигает сотен атмосфер, а температура – сотен градусов. Специальная сталь выдерживает эту обстановку на пределе своих сил. Но лишь при таких условиях удается химически связывать азот с водородом и получать аммиак – пахнущий нечистотами газ, который в конечном счете превращается в хлеб и другую пищу.
|
|
|
Чтобы соединение азота с водородом шло живее, применяют специальные порошки: окись железа и окись алюминия. Они служат катализаторами. Сейчас это слово вошло уже в обиход публицистики и не требует объяснений. Напомним попутно, что катализаторы держат в своих руках всю, или во всяком случае почти всю, промышленную химию. Это они делают экономически целесообразными и технически осуществимыми реакции мирового значения, в результате которых мы получаем спирт, каучук, бензин, пластмассы и великое множество других вещей – тех, что определяют лицо цивилизации.
А что значит «экономически целесообразными и технически осуществимыми»? Вот что: реакции идут при сравнительно низких температурах и давлениях.
В клубеньках бобовых растений, конечно, без катализаторов не обходится, бобовые, видимо, тоже пользуются услугами химических посредников для сватовства азота с водородом. Ведь живые организмы только потому и могут быть нежными и мягкими, эластичными и компактными, что биохимические процессы протекают при посредничестве идеально «подобранных» катализаторов. Иначе, учитывая сложность реакций обмена веществ, даже простейшая амеба должна была бы одеться в жаропрочный металл, иметь кислотоупорные, коррозионно‑ стойкие «конструктивные детали».
Связывать атмосферный азот при нормальной температуре и нормальном давлении бактерии могут благодаря катализаторам. Но поскольку катализаторы (или ферменты, как их называют, когда имеются в виду химические процессы жизни) – это посредники, предпочитающие оставаться в тени, установить лишь сам факт посредничества еще далеко не все.
|
|
|
Ученых многих стран остро интересовало, какими ферментами пользуются живые фиксаторы азота. Группа профессора Турчина была в числе этих исследователей. А когда люди делают одно дело, соревнование, помимо их воли, становится подстегивающим стимулом. В невообразимых высотах духа, откуда даже состязания олимпийцев должны представляться мелким, наивным соперничеством, тоже, как установлено, ведется свой, гамбургский счет голам. А раз так, то мы откровенно рады за профессора Турчина, которому удалось опередить и отечественных и зарубежных коллег в трудном поиске.
Забегая вперед, скажем: набор ферментов искали многие. Но состав такой силы, как в лаборатории азота Научно‑ исследовательского института удобрений и инсектофунгицидов, не получил никто. Микроскопические количества ферментной жидкости способны химически связывать азот воздуха – вот достижение, зарегистрированное на Долгопрудной, и больше нигде в мире.
Невидимая добыча
Не добившись заметных успехов в «мирных переговорах» с бактериями, Федор Васильевич решил попробовать вторгнуться в секретные «цеха» бобовых и похитить ценные реактивы. Четыре года профессор Турчин и его сотрудники разрушали клубеньки люпина и извлекали оттуда белковые вещества, надеясь, что какое‑ нибудь да окажется искомым ферментом.
В почти невидимые капельки белка подмешивали марганец, молибден, аденозинтрифосфорную кислоту и кое‑ какие другие вещества, возбуждающие жизненную активность организмов.
Схема опытов оставалась прежней: образец выдерживали в камере с меченым азотом, затем переводили в газ, ампулку вставляли в масс‑ спектрометр – и… торопливые шаги по крашеной лестнице, ворчание Галины Григорьевны, что, мол, всегда им к спеху, а стоять вот эдак без дела – время есть, заглядывание Федора Васильевича через ее плечо на шкалы прибора, – в общем, схема опытов оставалась прежней.
Это длилось месяцами и могло кончиться ничем, как у многих других.
…Биологическая фиксация азота оставалась все еще немножко чудом, то есть каждый знал, что она происходит, но никто сам не видел как. На такой почве одна за другой вырастали версии. Серьезные, правдоподобные, защищенные диссертациями или хотя бы не осмеянные. По одной схеме азот окислялся, по другой – процесс трактовался как восстановительный… Ко времени, когда Турчин приступил к своим последним экспериментам, предполагаемых моделей азотфиксации было построено достаточно. А поскольку «очевидцев» все не появлялось, можно было построить еще одну. Но Федор Васильевич отказался «тасовать ту же колоду». Он надеялся получить факты.
|
|
|
Упрямство Турчина сыграло свою роль, потому что ничто ровным счетом не указывало на приближение дня, когда масс‑ спектрометр сообщит неправдоподобно радостную вещь: белковая жидкость связала свободный азот.
День этот явился вдруг.
– Да, да, можете уж не сомневаться, – отвечал старый черный масс‑ спектрометр на повторные запросы, – он там, голубчик, химически связанный по рукам и по ногам.
А они все запрашивали и запрашивали. Не сомневаться было трудно: ферментный «коктейль» оказался, выходит, столь крепок, что растормошил химического мертвеца – газ азот – и сделал его подходящим для строительства белковых сооружений.
На такое дело азот пускается, будучи только в ненормальном состоянии, то есть не в молекулярном, а в атомарном. Но чтобы вывести азот из его нормального состояния, нужна силища! Нужно разорвать одну за другой три цепи, связывающие пару атомов азота в молекулу. Назовем, во что оценивается крепость каждой из трех связей, – 225, 138 и 62 килокалории на грамм‑ молекулу – и для наглядности поясним: чтобы из ста молекул азота пять распалось на атомы, требуется температура выше точки плавления тугоплавкого металла вольфрама, а чтобы разорвать связи атомов в сорока из ста молекул, нужна температура выше, чем на Солнце.
Такой разрушительной силой белковые капельки, конечно, не обладали, но они обладали соизмеримой. В общем, это были крепкие концентраты энергии.
…Удача Турчина относится к числу тех крайне редких научных сенсаций, которые остаются не замеченными прессой.
|
|
|
