Химия завтра - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги бесплатно полностью TXT) 📗
ЧЕЛОВЕК ГЛАЗАМИ ХИМИИ
Мы настойчиво доискиваемся, какую роль играет химия во всех проявлениях живого.
Какой бы орган мы ни взяли — легкие или мозг, мышцы или зубы, кости или почки, — всюду найдется тот или иной микро-или ультрамикроэлемент. Каждому из них отведено свое место, каждый выбирает себе свой орган и обосновывается в нем. Поэтому мы встретим литий, например, в легких, а титан в мышцах, молибден в мозге, а барий в глазах. Если бы расставить по всему телу животного символы элементов, они собрались бы в группы.
Самая большая, самая многочисленная оказалась бы в печени. Печень — универсальная химическая лаборатория. Туда поступают переработанные желудком питательные вещества. Там обезвреживается все вредное, образуется и накапливается все полезное. Там происходит обмен, в котором участвуют углеводы и белки, жиры и витамины. Думают, что в печени можно найти все известные нам элементы.
Но печень все же не единственная в своем роде. Сложнейшие процессы происходят в головном мозге, где обнаружили не один десяток микроэлементов.
Кровь? У нее тоже сложные задачи, Это она обеспечивает питание клеток в самых отдаленных уголках живой ткани. Это она уносит отходы, отработанные продукты. В ней тоже десятки микроэлементов.
Непрерывно вырабатываются вещества, регулирующие работу всего организма. Даже ничтожной их дозы достаточно, чтобы нормально шли те или иные процессы. Каждое движение, каждый вздох, каждое биение сердца, каждое действие, которым управляет мозг, в конце концов зависят от химии малого.
ХИМИЯ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
Клетка — биологическая единица. Химическая единица — молекула. Сколько же молекул в клетке? В клетке печени, например, двести триллионов. Причем пятьдесят миллиардов из них постоянно меняются, участвуют в химических превращениях.
Как же природа возводит постройки столь неимоверной сложности? Кто руководит строительством, как обеспечивает клетка воспроизведение совершенно одинаковых белковых молекул?
Здесь мы встретимся с двумя удивительными веществами, двумя кислотами. У них такие длинные названия, что их трудно и произнести: дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (сокращенно ДНК и РНК).
Впрочем, названия не так уж страшны. «Нуклеос» в переводе значит «ядро», а кислоты эти как раз в ядре и находятся.
А теперь из области химии совершим коротенькую вылазку в кибернетику. Как работает управляющая электронно-вычислительная машина? Она действует по заданной ей программе. Все, что нужно сделать, записано, зашифровано в ее механической «памяти». Командные сигналы выдаются в строгом порядке, и не должно произойти даже малейшей ошибки.
Нечто похожее на кибернетическое устройство мы найдем и в живой клетке. Молекулы ДНК в клеточном ядре — хранители наследственной информации. В них как бы записан весь «проект» будущей клеточной постройки. Он зашифрован с помощью кода, составленного всего из четырех «букв» — четырех атомных групп, нуклеотидов.
Аминокислот в белке двадцать, и каждой из них в шифре ДНК отвечает сочетание, «слово» из трех «букв». Двадцать нужных для строительства белка аминокислот — все разные. Шифр определяет порядок их чередования.
Считывая шифр, молекулы второй кислоты — РНК — помогают возводить белковую постройку, строго придерживаясь кода, зашифрованного в ДНК. «Читать» код можно только в определенном порядке — поэтому-то и выдерживается «стандарт» в производстве, при делении получаются одинаковые клетки. С кода снимаются копии, как с чертежей делаются синьки. Любая новорожденная клетка имеет полный набор «синек».
Так передаются по наследству все свойства будущего организма.
Эта картина все же очень приблизительна и схематична. Многие детали в ней пока неясны.
Иногда приводят такое сравнение. Всего двадцать типов аминокислот нужно, чтобы построить белковую молекулу. Пусть каждой из них соответствует бусинка определенного цвета. Чтобы построить упрощенную модель белка, надо действовать в три приема. Сначала нанизать на нитку несколько сотен бусинок двадцати разных цветов — в определенном количестве и порядке. Потом нитку закрутить в спираль, наконец, эту спираль изогнуть еще, превратив ее в фигуру вроде восьмерки, например. Только тогда и получится подобие белковой молекулы — не всякой, конечно, а одной из простейших.
Белковая молекула — сложнейшая из всех природных конструкций. Поражает то, что белок состоит всего лишь из шести химических элементов: углерода, водорода, азота, кислорода, часто серы, иногда фосфора. Это вдвое больше, чем в углеводах и жирах, но тем не менее, казалось бы, мало.
Чтобы построить белок, требуется двадцать разновидностей аминокислот, двадцать разных «кирпичиков». Но из них можно составить множество комбинаций. Сколько же? Математика отвечает: два с половиной миллиона триллионов — число из девятнадцати цифр… Да вдобавок бывают и такие молекулы, в которых встречается еще по нескольку различных комбинаций. Задача сложности невероятной.
Чтобы разгадать, как устроен белок, пришлось прежде всего определить, в каких сочетаниях и как располагаются в нем атомы. Природа почти никогда не допускает брака, почти никогда не ошибается. Порядок, в котором следуют друг за другом аминокислоты, незыблем и повторяется из поколения в поколение неизменно. Насколько важен порядок, говорит хотя бы такой факт: стоит заменить одну-единственную аминокислоту другой, и белок «заболевает», заболевает человек, и его болезнь передается по наследству. Болезнь может даже кончиться смертью. Вот что означает это «почти»!
Пока что раскрыта загадка немногих простых белков. Несколько лет назад впервые получили белковоподобную молекулу. Она состояла не из двадцати, а из одной аминокислоты. А потом стали искусственно создавать и соединения с несколькими аминокислотами, постепенно подбираясь к синтезу уже настоящих белков.
Успехи пока что еще не так уж велика. Синтезированы небольшие белковые молекулы, устроенные сравнительно просто, в состав которых входит неполный набор аминокислот. Но и эти успехи дались ценой долгого и тяжелого труда. Годы уходили на расшифровку структуры молекул, и годы — на их синтез. Теперь известна архитектура гораздо более сложных белковых зданий, и наука, сделав первые шаги, уверенно движется к конечной цели.
В будущем у биохимии появится возможность синтеза любого белка. С этой задачей, вероятно, сможет справляться электронная машина — она расшифрует код, она определит технологию строительства клеток.
ЧАСТЬ IV
МИР МЕЧТЫ
Существует волшебный мир.
В нем все не такое, каким мы привыкли видеть.
Вас поразили бы многоэтажные города — их словно строили какие-то циклопы. Но в то же время эти гигантские башни и мосты, сверхвысотные здания и целые ярусы с переходами где-то в поднебесье — они удивляют своей ажурностью и кажутся почти лишенными веса.
Однако зайдем в какой-нибудь дом. Лестницы — из пластика, похожего на полупрозрачный розовый мрамор. Стены — из легкой пористой пенопласт-массы, не пропускающей ни тепла, ни холода, ни звука. Пластмассовая облицовка. Прозрачная крыша, сквозь которую свободно льется солнечный свет. Легкая сверхпрочная мебель. Всюду только пластмассовые вещи — вплоть до посуды и безделушек…
Есть дома, стены которых покрашены краской-хамелеоном. В холодный день они темных, а в жаркий — светлых тонов. Окна не завешивают летом шторами: стекла в них сами темнеют на солнце и вновь светлеют в тени или в пасмурный день.
Внутренние стены домов, покрытые светящимися красками, с заходом солнца начинают светиться, и комнаты по вечерам заливает ровный, мягкий свет разных оттенков (каких захочется!).
Вместо унылого и серого полотна наших шоссе мы будем путешествовать в том мире по широким разноцветным лентам дорог, покрытым прочным, почти вечным материалом. Нам попадутся и самодвижущиеся дороги — вроде эскалаторов метро, но только более удобные.
