Химия завтра - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги бесплатно полностью TXT) 📗
Архитектура белковых молекул подчинена какой-то целесообразности, которую наука еще не в силах до конца понять, хотя и стремится это сделать. Известно уже, что малейшее нарушение порядка в белковой постройке ведет к катастрофе. Не надо даже менять состава белка, не надо его разрушать. Стоит только чуть-чуть — именно чуть-чуть — переставить звенья цепи, и сразу же белок заболеет, перестанет нормально работать.
А работа у белков необычайно разнообразная. Они искуснейшие на свете химики. И у каждого из них своя строго определенная задача. Ни на одном нашем производстве не найдешь такой идеальной организации и разделения труда.
Все удивительно целесообразно устроено природой. Она позаботилась, например, о том, чтобы кровь не свертывалась в сосудах, не закупоривала их, чтобы не прекращался приток кислорода к тканям. Если вы порезались, кровь, выйдя из ранки, свернется. Немедленно начнет происходить сложная цепочка реакций, и кровотечение остановится.
Про пластмассы говорят, что это материалы тысячи назначений, а белки — вещества уже не тысяч, а десятков тысяч возможностей.
Они ускоряют химические реакции, и эти биологические катализаторы не имеют себе равных. Они разлагают одни вещества и воссоздают другие. С их помощью создаются жиры, углеводы, витамины. Благодаря им появляются в организме красящие вещества — пигменты; от них зависит выработка гормонов, тоже белков, которые регулируют рост.
Управляет созданием белков наследственный механизм, скрытый в ядре клетки, Этот механизм хранит в зашифрованном виде программу развития потомства. Он обеспечивает появление существа, подобного родителям. Все, что в дальнейшем проявит себя в полной мере, заложено в ядре клетки, в ее нуклеиновых кислотах. Попробовали подсчитать, сколько сведений хранит ядро клетки человеческого тела. Результаты выразили в привычных единицах — печатном тексте. И что же? Если расшифровать эти сведения, то они займут десять тысяч книг, по двести тысяч слов каждая…
Есть в нашем теле такие вещества, которые преобразуют химическую энергию пищи в механическую энергию мышцы. Более совершенного преобразователя пока не придумали инженеры. Белковая молекула меняет свою форму, белковые молекулы меняют свое расположение одна относительно другой — и мышца сокращается либо удлиняется. Конечно, управляет этими движениями нервная система. Но ведь и нервные клетки тоже построены из белков.
Белок — основа жизни. Однако к нему нужно добавить тот наследственный механизм, который строит живую клетку и управляет ею от рождения до смерти, обеспечивает непрерывность возобновления живого. Отсюда — вся жизнь, во всей ее многогранности, со всеми ее невероятно сложными проявлениями. Вот что означает белок!
Помощь, которую биология получает от химии, становится все более ощутимой, сотрудничество биологии и химии — все более тесным. Перед ними, идущими теперь вместе, открылась новая дорога, открылись и новые горизонты.
Правда, неоткрытого намного больше, чем ставшего известным теперь. Синтез белков сложнейшего состава все еще остается мечтой, хотя и получены в лаборатории простейшие белковые молекулы. Уже разведано устройство ряда белковых цепочек, становится все более ясным, как работают мышцы, во всех тонкостях, во всех деталях. Одна из самых каверзных загадок — механизм наследственности — близка к разгадке.
Почему же биология поднялась на новую ступень, и притом так быстро? Потому что она заключила союз с другими науками. Потому что от большого она перешла к малому, занялась миром атомов и молекул, составляющим все живое. А пути молекулярной биологии и химии тогда неизбежно должны были сойтись, ибо эти «кирпичики» материи в ведении химиков.
И пути сошлись. Нельзя понять, как происходит фотосинтез, если не обратиться к молекулам хлорофилла, к тем реакциям, которые совершаются в зеленом листе. Нельзя узнать, как дышит животное и человек, если не познакомиться с той работой, которую производят молекулы гемоглобина — этого красящего вещества крови.
Химический механизм встречается не только в мышце. Мимоза открывает и закрывает свои листья, захлопываются ловушки хищных растений. Есть и такие цветы, которые открываются днем и закрываются ночью, и наоборот.
Перейдя к микроорганизмам, можно тоже подметить движение и тоже найти его химическую «подкладку».
Вот враг бактерий — бактериофаг. У него есть головка и длинная ножка. Он подбирается к своему врагу и впрыскивает ему яд, запасенный в головке. Ножка проделывает при этом движения подобно шприцу: она сокращается, как мышца. Химические реакции заставляют ее сокращаться.
Химическая энергия рождает движение и в макро-и в микромире живого. Была сделана проверка — создали искусственную модель мышечного волокна. Нити из синтетического материала сокращались, когда происходила реакция, похожая на ту, что идет в настоящей мышце. И, наоборот, растягивая нити, получали химические изменения, наблюдали переход механической энергии в химическую.
На стыках наук рождается новое. Если сначала физика и химия стояли отдельно, то в конце концов возникли физическая химия и химическая физика. Биология и химия, объединившись, дали биохимию. Физика, химия и механика дали физико-химическую механику. А теперь, в самое последнее время, рождается механохимия и хемомеханика — науки о превращениях механической энергии в химическую и обратно.
О союзе техники и биологии говорит академик В. Энгельгардт.
«Надо думать, что с течением времени связи между биологией и техникой будут расширяться и углубляться. Ведь живые организмы — это «механизмы» необычайного совершенства. Изучение, познание их секретов — дело увлекательное и важное. Разве не интересно технологу вскрыть природу необычайно эффективных биологических катализаторов? Разве не заманчиво найти способы прямого превращения химической энергии в механическую (как это происходит при работе мышц)? Разве не соблазнительно строить химические соединения, вещества с помощью световой энергии так, как это делает природа при фотосинтезе?
Важнейшая проблема современности — обеспечить продовольствием возрастающее население земного шара. И в первую очередь полноценными белками, Сейчас источником пищи для человека и животных служат растения. Но сельское хозяйство трудоемко и зависит от климатических условий, пока что неуправляемых. А если бы удалось перенести создание пищевых продуктов с полей в цехи заводов — это стало бы настоящим переворотом».
Биология переходит на «молекулярный уровень» — занимается молекулами, ибо там кроются ответы на бесчисленные вопросы. Потому и возникла биохимия, о делах которой мы еще много услышим. Поэтому биология призывает на помощь вместе с химией и физику.
«Мне кажется, что первой проблемой, особенно в будущем, надо считать проблему науки о синтезе живого, об управлении жизненными процессами. В полном объеме эта проблема может быть решена лишь совместными усилиями биологии, физики и химии, принципами и методами, развиваемыми новой пограничной ветвью биологических наук — физико-химической биологией», — говорит академик П. А. Ребиндер.
Так, химия, проникая в тайники живого, расширяет наши представления о веществе, о его круговороте, о превращениях энергии, которые совершаются в природе, в том числе и в нас самих.
ЧАСТЬ III
О САМИХ СЕБЕ
Природа проявила себя искуснейшим химиком, какого только можно себе представить. Великим Химиком… Созданные ею биокатализаторы — ферменты — оставляют искусственные далеко позади. Не имеет себе равных природная химическая лаборатория — клетка. Мозг все же превосходит самую лучшую современную кибернетическую машину, — в нем почти пятнадцать миллиардов нервных клеток выполняют тончайшую, идеально слаженную работу. А всюду здесь химия, всюду белок и нуклеиновые кислоты — основа основ всего живого.
В шифре жизни закодирован химический план и клетки, и всего организма в целом. План — это не только контуры постройки, это ведь и очередность строительства: в каком порядке и когда создаются новые клетки, когда и как растет организм. Но ведь кто-то здесь — конечно, надо сказать не кто-то, а что-то — руководит постройкой, прекращает синтез белковых молекул именно тогда, когда нужно, не раньше, не позже! Если почему-либо это «что-то», этот регулятор роста выпадает, клетки растут бесконтрольно, возникает злокачественная опухоль.
