Вдохновение, подчерпнутое у молекул жизни, может стать основой новых технологий

НаукаHi-Tech

Кольца, за которые держится жизнь

Александр Мартынов, доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук

Технологический прогресс, основанный на достижениях прежде всего физики — фундамент развития человеческой цивилизации. От открытия колеса к созданию паровых двигателей, двигателей внутреннего сгорания и автомобилей, от открытия электричества к созданию компьютеров, человечество шло по пути понимания и использования законов природы. Все эти открытия формировали этапы развития технологической цивилизации. Сейчас человечество находится на этапе, связанном с развитием нанотехнологий — способов управления материей на молекулярном уровне. Достижения в этой области определяют, в частности, и современный цифровой мир.

Технологическое развитие цивилизации основано, конечно, на успехах физических и инженерных наук, но не следует забывать, что за каждой новой технологией стоит химия как способ конструирования и изучения новых веществ и новых материалов. А многие из достижений химии основаны на исследованиях процессов, протекающих в живой природе, поэтому вдохновение, подчерпнутое у молекул жизни, может стать основой новых технологий.

Строение базового структурного фрагмента – порфирина и природных тетрапиррольных комплексов – хлорофилла, гема и витамина B12

Одно кольцо, чтобы править всеми

Белки, липиды и углеводы как строительные материалы и энергоносители клеток и живых тканей, а также нуклеиновые кислоты — хранители и переносчики генетической информации — это известные из школьных биологии и химии важнейшие классы органических молекул, на которых базируется функционирование всех живых существ. Однако перечень молекул жизни будет неполным без еще одного семейства веществ — порфиринов

Само это слово, происходящее от греческого πορφύρα — пурпурный, не на слуху, хотя представители порфиринов также хорошо известны. Прежде всего, это содержащие магний зеленые пигменты растений — хлорофиллы, вещества, играющие одну из ключевых ролей в процессе фотосинтеза. Другой пример — содержащий железо красный пигмент крови — гем b. В составе белка гемоглобина гем переносит кислород, а в составе других белков — цитохромов — гем отвечает за важные процессы метаболизма. Содержащий кобальт витамин В12 действует как переносчик групп между молекулами органических веществ в биосинтезе, его недостаток в организме вызывает тяжелые анемические заболевания.

Общий структурный фрагмент всех этих соединений — это макрокольцо, состоящее из четырех пиррольных групп — собственно, порфирин, также называемый тетрапиррольным макроциклом, а в центре этого кольца располагается атом металла. В молекуле витамина B12 тетрапиррольное кольцо немного модифицировано, но тоже вполне узнаваемо. Несмотря на такое структурное родство, функции порфиринов в природе очень разнообразны, именно это разнообразие и стало источником вдохновения для химиков, использующих тетрапиррольную платформу для создания новых материалов и технологий.

Непростое украшение

Создание материалов на основе тетрапирролов включает как синтез непосредственно макроциклов, так и получение комплексов, в том числе и с металлами, которые не нашли применения в живой природе — сейчас известны порфириновые комплексы практически со всеми металлами периодической таблицы, вплоть до радиоактивных трансурановых элементов. Некоторые из полученных химиками соединений представляют чисто фундаментальный интерес, но ряд веществ используется в уже существующих технологических процессах или может стать основой новых технологий. Среди таких соединений особое внимание привлекают синтетические аналоги порфиринов — фталоцианины.

Образование этих соединений как яркоокрашенных примесей в синтезе производных фталевой кислоты наблюдали различные исследователи, однако никто не придавал им внимания, пока сотрудники компании Scottish Dyes Ltd, занимавшейся получением пигментов, не разглядели в этих красивых темно-синих веществах коммерческий потенциал. К 1928 году были разработаны методы получения, выделения и использования таких пигментов, и хотя их химическое строение оставалось неизвестным, эти технологические процессы были запатентованы. Но по-настоящему химия фталоцианинов начала развиваться лишь в 1934 году, когда ею занялся британский исследователь сэр Патрик Линстед, который установил их структуру и отметил ее удивительное сходство со строением природных порфиринов. Он же и предложил название этого нового класса соединений, соединив греческие корни νάφθα — нефть и κυανός — темно-синий.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Не только морковь: 11 продуктов для острого зрения Не только морковь: 11 продуктов для острого зрения

Продукты, которые положительно влияют на зрение

РБК
Парни поделились главными вещами, которым их научили отцы Парни поделились главными вещами, которым их научили отцы

Эти отцовские уроки запоминаются на всю жизнь

Playboy
Каланы в расцвете сил гибнут из-за токсичного цветения водорослей Каланы в расцвете сил гибнут из-за токсичного цветения водорослей

Сердечные заболевания — распространенная причина смерти не только для людей

National Geographic
Как одиночное заключение спасло узника от извержения вулкана Как одиночное заключение спасло узника от извержения вулкана

Во время извержения вулкана Мон-Пеле погибло почти все население города Сен-Пьер

Maxim
Старшие и младшие Старшие и младшие

Как правильно воспитывать двух детей с большой разницей в возрасте?

Лиза
Практика большого взрыва Практика большого взрыва

Мадс Миккельсен снова пытается применить на практике одну научную теорию

СНОБ
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
Молодежь против «жирных котов» с Уолл-стрит: как цифровое поколение меняет правила игры на рынке Молодежь против «жирных котов» с Уолл-стрит: как цифровое поколение меняет правила игры на рынке

Раздувание стоимости акций с помощью сетевых атак соблазняет многих

Forbes
Байден заставляет Израиль нервничать Байден заставляет Израиль нервничать

Как новая американская администрация пересмотрит взаимоотношения с Израилем

Эксперт
Стать лучше! Стать лучше!

15 практик для построения продуктивных отношений на работе

kiozk originals
Цианобактерии выжили на марсианских ресурсах Цианобактерии выжили на марсианских ресурсах

Цианобактерии наработали биомассу в условиях низкого давления

N+1
В Стэнфорде назвали 4 причины «усталости от Zoom» и способы ее предотвратить В Стэнфорде назвали 4 причины «усталости от Zoom» и способы ее предотвратить

4 основные причины, по которым видеоконференции утомляют людей

Inc.
R.S.V.P. на шабаш R.S.V.P. на шабаш

Ведьмы — из приспешниц ада в поп-иконы феминистского движения

Elle
Что ты мне привез? Что ты мне привез?

Разбираемся на реальном примере, насколько выгодна доставка продуктов

Cosmopolitan
Редчайшие австралийские попугайчики вывели рекордное количество птенцов Редчайшие австралийские попугайчики вывели рекордное количество птенцов

Специалисты: редчайшие попугайчики вывели почти 90 птенцов

N+1
Шопинг-терапия для парней: 7 вещей, которые стоит купить сразу после расставания Шопинг-терапия для парней: 7 вещей, которые стоит купить сразу после расставания

Эти штуки помогут тебе быстрее ожить после болезненного разрыва

Playboy
Подземная орхидея: исчезающая красота Подземная орхидея: исчезающая красота

В Западной Австралии цветет подземная орхидея

National Geographic
Что посмотреть и попробовать в Адыгее. Гид «РБК Стиль» Что посмотреть и попробовать в Адыгее. Гид «РБК Стиль»

Адыгея — легко добраться, красиво, сытно и недорого

РБК
Как не проспать водород Как не проспать водород

Правительство надеется совершить технологический рывок

Эксперт
«Выбираю» «Выбираю»

Год, несмотря ни на что, был у Ингрид Олеринской вполне удачным

OK!
Беглецы от черной дыры Беглецы от черной дыры

Ученые выяснили, откуда берутся нейтрино сверхвысоких энергий

Наука
Книжная полка Владимира Познера Книжная полка Владимира Познера

Любимые тексты Владимира Познера

Arzamas
Штаны вместо юбки: как на самом деле одевалась Хюррем Султан: сериал VS жизнь Штаны вместо юбки: как на самом деле одевалась Хюррем Султан: сериал VS жизнь

Как же на самом деле одевалась Роксолана в реальной жизни

Cosmopolitan
Дешевле $100 за 1 кг Дешевле $100 за 1 кг

Джеймс Бейкер — об инновациях в графеновой области в Европе

Наука
Почему Пентагон недоволен самолетом F-35 Почему Пентагон недоволен самолетом F-35

Истребители-бомбардировщики F-35 оказались почти непригодны к эксплуатации

Популярная механика
Владимир Мухин: «Не думаю, что цены в Krasota чрезмерно высоки. Все-таки дегустационный сет – это не просто 13 курсов вкусной еды, а целый год творческой работы» Владимир Мухин: «Не думаю, что цены в Krasota чрезмерно высоки. Все-таки дегустационный сет – это не просто 13 курсов вкусной еды, а целый год творческой работы»

Герой этого номера GRAZIA – пожалуй, самый известный российский шеф-повар

Grazia
Я разрешаю себе уйти в отрыв! Я разрешаю себе уйти в отрыв!

Актриса Екатерина Гусева о танцах, откровенных сценах и принятии возраста

Добрые советы
Как сделать очки виртуальной реальности из картона? Как сделать очки виртуальной реальности из картона?

Превращаем смартфон в очки виртуальной реальности отменного качества

Популярная механика
«Через 20 лет появятся технологии радикального продления жизни — нужно просто дожить». Антиэйджинг-предприниматели — о том, возможно ли бессмертие «Через 20 лет появятся технологии радикального продления жизни — нужно просто дожить». Антиэйджинг-предприниматели — о том, возможно ли бессмертие

Бессмертие перестало быть чем-то из разряда сказок и ненаучной фантастики

Inc.
6 самых жутких врачей в истории 6 самых жутких врачей в истории

После этой статьи ты начнешь обходить районную поликлинику стороной!

Maxim
Открыть в приложении