Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние

Главным источником энергии Солнца и других звёзд во Вселенной является дефект массы, возникающий при слиянии двух протонов. В энергетике живых организмов принципиально важным является слияние протонов с молекулами воды. Речь в последнем случае идет, не о ядерной реакции, а о способности протона, как говорят химики, в зависимости от условий по-разному сольватироваться водой, то есть электростатически взаимодействовать.

В последнее десятилетие несколько научных групп на Западе и в Бразилии показали, что при приложении большого электростатического поля в воде возникают интересные особенности, напрямую связанные с переносом протонов. Наблюдается резкий рост интенсивности так называемых трансляционных колебаний, частота которых находится в дальнем инфракрасном спектральном диапазоне. Одновременно с этим образуется большое количество протонов, сольватированных только одной молекулой воды.

Важнейшая роль изменения концентраций протонов по разные стороны биологических мембран известна уже более полувека. В митохондриях естественное стремление выровнять концентрацию протонов, иными словами уменьшить электрохимический трансмембранный потенциал, заставляет работать ключевой для всей энергетики живых систем фермент – АТФ-синтетазу. Именно АТФ используется практически для всех действий, необходимых для жизни – от синтеза белков, до бега трусцой. Величина трансмембранного протонного потенциала в живых митохондриях достигает колоссальных значений – 150 милливольт на 5 нанометров толщины мембраны. Несмотря на значительные успехи последних лет в понимании структуры белковых комплексов, обеспечивающих генерацию протонного потенциала и его расходование на синтез АТФ, оставалось неясным, в какой именно форме протон перемещается вдоль митохондриальных мембран и внутри АТФ-синтетазы. Ученым лаборатории терагерцовой спектроскопии Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ удалось ответить на этот вопрос.