Содержание
Сейчас разберём по полочкам белок, о котором вы почти наверняка ничего не слышали — хотя съедаете его каждый раз, когда берётесь за салат. Ниже будет всё самое важное: что это за молекула, как она устроена, чем занята внутри листа, почему биохимики зовут её «ленивой» и почему за ней вдруг выстроилась очередь из пищевых технологов. Сразу зафиксируем главное: рубиско — это самый распространённый белок на Земле, и при этом большинство людей даже не подозревает о его существовании.
Странное имя, кстати, выбрано не случайно. Оно звучит почти как название известного печенья — и это, говорят, было осознанным подмигиванием: учёные, придумавшие сокращение, надеялись, что белок когда-нибудь действительно начнут есть. Похоже, до этого момента мы наконец-то дожили.
Что это вообще за белок
Полное название — рибулозо-1,5-бисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа. Произнести такое с первого раза почти невозможно, поэтому в обиходе осталось короткое «рубиско» (по-английски rubisco). Это фермент — то есть белок-работник, который ускоряет определённую химическую реакцию. И сидит он буквально в каждом зелёном листе: в траве, в деревьях, в водорослях, в цианобактериях.
Доля его впечатляет. В листе обычного растения на рубиско приходится примерно от 20 до 50 процентов всего растворимого белка. То есть половина «белкового хозяйства» зелёной клетки — это один и тот же фермент, размноженный в огромных количествах. Почему растения вынуждены делать его столько — отдельная история, к ней вернёмся чуть позже.
Как он устроен
Вот тут начинается самое любопытное. Рубиско из растений — это не одна цепочка, а сборная конструкция из шестнадцати кусков. Восемь крупных субъединиц (их обозначают буквой L, от large) и восемь мелких (S, от small). Вместе они складываются в форму L8S8 — такой компактный «бочонок» молекулярной массой около 550 килодальтон. Крупные субъединицы держат в себе рабочие центры, где и происходит вся химия, а мелкие выполняют скорее регулирующую роль.
Сборка эта довольно капризная. Крупные субъединицы кодируются геномом хлоропласта и собираются прямо внутри него. А мелкие кодируются ядром клетки, синтезируются снаружи и потом импортируются в хлоропласт через две его мембраны. Чтобы всё это правильно сложилось, нужны отдельные белки-помощники (шапероны). Так что даже простое «построить одну молекулу рубиско» — задача с кучей логистики.
Историю открытия тоже стоит знать. Ещё до Второй мировой биохимики заметили, что белки листа шпината можно разделить на две фракции. Растворимую часть назвали без затей — «фракция I». Долго никто не понимал, что это и зачем. Распутал загадку американский биолог Сэм Уайлдман в середине прошлого века: именно он показал, что эта самая «фракция I» и есть тот самый фермент фотосинтеза. Название «рубиско» придумали позже, уже в шестидесятые-семидесятые.
Цифровая зависимость: когда гаджеты управляют намиЧто он делает
Теперь к делу — что рубиско, собственно, делает. Его задача — поймать углекислый газ из воздуха и пристроить его к молекуле-акцептору (она называется рибулозо-1,5-бисфосфат). В результате получаются две молекулы трёхуглеродного соединения, с которых дальше и начинает раскручиваться вся «сахарная фабрика» растения.
Если упростить до предела: рубиско — это та самая первая ступень, на которой газ из атмосферы превращается в нечто твёрдое и съедобное. Сахара, крахмал, клетчатка, в конечном счёте — древесина, зерно, овощи. Всё это идёт через рубиско.
Масштаб тут трудно переоценить. Больше девяноста процентов всего органического углерода на планете — в виде биомассы — это, по сути, продукт работы рубиско. Не будет преувеличением сказать, что почти вся живая материя вокруг нас однажды прошла через рабочий центр этого фермента. Вот вам и причина, по которой рубиско заслуженно носит титул самого распространённого белка на Земле.
Почему его называют ленивым
А вот теперь — неожиданный поворот. Этот суперважный белок работает на удивление плохо. Биохимики его за глаза называют «медленным» и даже «бестолковым».
Во-первых, скорость. Хороший фермент проворачивает тысячи реакций в секунду. Рубиско — всего от одной до десяти. Это очень медленно. Именно поэтому растению приходится держать его в таких диких количествах: одна молекула работает еле-еле, так компенсируем числом.
Во-вторых, он путает субстраты. Рубиско должен хватать углекислый газ, но иногда по ошибке цепляет кислород. А кислорода в воздухе, как известно, заметно больше. Когда вместо CO₂ ловится O₂, запускается побочная реакция, и часть уже зафиксированного углерода теряется впустую. Этот процесс называется фотодыханием, и образующийся при нём 2-фосфогликолят растению, мягко говоря, не нужен — его приходится утилизировать, тратя на это энергию.
Потери получаются солидные. У многих растений (так называемых C3 — это большинство привычных культур) на жаре и при нехватке углекислоты на эту путаницу уходит до 30–40 процентов зафиксированного углерода. Грубо говоря, треть полезной работы фотосинтеза сгорает зря.
Почему эволюция не починила такой явный изъян? Есть красивая гипотеза. Рубиско возник очень давно — тогда, когда в атмосфере было полно CO₂ и почти не было кислорода. В тех условиях путать газы было не страшно, и фермент отлично справлялся. Кислород в воздух нагнали потом сами же фотосинтезирующие организмы — то есть рубиско, можно сказать, сам себе испортил рабочую среду. А переучиваться он не спешит: ген рубиско — один из самых медленно эволюционирующих на Земле.
Что полезнее молоко или кефир по мнению гастроэнтерологов и диетологовСколько его на планете
Раз уж зашла речь о «самом распространённом» — давайте про цифры. Долгое время масса всего рубиско на планете оценивалась примерно «на глазок», по прикидке сорокалетней давности. Несколько лет назад исследователи пересчитали всё аккуратнее — и получилось около 0,7 гигатонны. Это на порядок больше прежней оценки.
Сам по себе пересчёт любопытен и тем, что породил вопрос на засыпку: а точно ли рубиско остаётся чемпионом? Если старая оценка ошибалась в десять раз, вдруг где-то прячется белок ещё более массовый? Логичный кандидат — что-то, что есть во всех тканях растений, а не только в зелёных листьях. Пока, впрочем, корону у рубиско никто не отобрал.
Почему за рубиско вдруг устроили охоту
И вот мы подходим к самой свежей части истории — пищевой. Оказалось, что у рубиско как у еды почти идеальная анкета. Это полноценный белок: в нём есть все девять незаменимых аминокислот, и по качеству он стоит в одном ряду с яйцом, казеином и соей. По одному из стандартных показателей усвояемости (PDCAAS) рубиско даже обгоняет говядину. В чистом виде это белый порошок без выраженного вкуса и запаха — его можно желировать, эмульгировать, добавлять практически куда угодно. Он легко переваривается на фоне многих растительных белков. И, что важно, обычно не вызывает аллергии — в отличие от молочного или соевого.
Звучит как мечта производителя. Но есть нюанс, из-за которого рубиско до сих пор почти не лежит на полках. Вся проблема в концентрации. Да, рубиско — самый распространённый белок на Земле по общей массе, но внутри отдельного листа его всего около 3 процентов. Сравните: в бобах и сое белка под 80 процентов. Значит, чтобы получить вменяемое количество продукта, листьев нужно переработать очень-очень много. А следом — куда-то девать тонны жидкости и зелёной выжимки.
Дальше — извлечение. Белок спрятан в клетке надёжно, и чтобы до него добраться, надо вскрыть и клеточную стенку, и мембрану хлоропласта. Каждый шаг — это деньги. В какой-то момент возни и затрат становится столько, что переработать другой белок оказывается проще, и компании теряют интерес.
И отдельная боль — цвет. Лист буреет почти сразу после срезки, поэтому белок надо успеть вытащить за считаные часы. Иначе на выходе вместо красивого белого порошка получается бурая липкая масса. Сама технология отжима, по словам специалистов, недалеко ушла от той, что применяли ещё в шестидесятые-семидесятые: отделить рубиско от хлорофилла и убрать зелёный пигмент по-прежнему непросто.
При всём этом у рубиско остаётся сильный экологический аргумент. Сейчас белок мы получаем кружным путём: скармливаем зелень корове, а потом берём у неё молоко и мясо. По дороге — метан, расход воды, стоки. Если же тянуть белок прямо из листа, минуя «посредника», то и выбросов меньше, и воды нужно меньше. По подсчётам тех, кто этим занимается, с гектара люцерны можно снять в несколько раз больше белка, чем если разводить на той же земле коров ради молока.
