Ученый отвечает: почему пластик разлагается намного медленнее биомолекул?
Что будет, если бросить в лесу яблоко и полиэтиленовый пакет? Фрукт через некоторое время сгниет, а пакет так и будет шуршать на ветру пару сотен лет. Читатель Novaator Юри интересуется, почему природа устроена именно так. Ему отвечает доцент кафедры биоорганической химии Тартуского университета Дарья Лавыгина.
Действительно, как природные молекулы, так и многие виды пластмасс состоят из одних и тех же химических элементов — углерода, водорода, а часто также кислорода, азота и других. На уровне отдельных связей, таких как C-H и C-O, химические связи в этих веществах также никак не отличаются.
Однако важно понимать, что биологическое разложение обычно означает разрушение под действием ферментов живых организмов, таких как бактерии или грибы. Ферменты — это белки, которые ускоряют химические реакции. При этом каждый фермент в процессе эволюции был приспособлен катализировать определенный тип реакции. Например, разрыв пептидных связей в других белках или гликозидных — в сахаридах.
На молекулярном уровне это означает, что, образно говоря, фермент узнает молекулы, в которых разрывает связи. Дело в том, что в молекулах, будь то пептид или сахарид, существует пространственная структура из нескольких атомов и связей между ними.
Исторически для этого явления даже использовалась так называемая аналогия "замок-ключ": фермент как замок, а вещество, которое он модифицирует, как ключ, который должен однозначно подходить к замку. Хотя эта модель "замка и ключа" имеет ряд недостатков с точки зрения современной биохимии, она, вероятно, лучше всего подходит для интуитивного и простого объяснения.
С пластмассами ситуация обстоит так, что они не развивались в природе параллельно с ферментами. Напротив, для многих видов пластмасс важно, чтобы они выдерживали воздействие условий окружающей среды, включая не только влажность или ультрафиолетовое излучение, но и микроорганизмы.
В сложных условиях пластмассы должны противостоять внешним воздействиям в течение определенного времени. Поэтому они используются, например, в покрытиях, различных конструкциях, а также в игрушках, медицинских приборах и так далее.
Таким образом, в структурах большинства пластмасс отсутствуют такие шаблоны, которые могли бы быть легко распознаны ферментами живых организмов.
Редактор: Юлия Тислер
Источник: Тартуский университет