Biologiske acceleratorer

Som legender og folkeeventyr fra antikken vidner om, har folk fra umindelige tider forberedt vin af druesaft, lavet ost af surmælk, ramt fjender og vilde dyr med pile, hvis spidser var mættet med dødelig gift. Mennesket har observeret og brugt mange fantastiske transformationer, der forekommer i levende organismer og materialer taget fra dem, såsom blodpropper, modning (og nedbrydning) af kød, fisk og planteprodukter. Men hvorfor alt dette sker, kunne han ikke forklare i lang tid. Det var først i begyndelsen af ​​det 19. århundrede, at aktive stoffer, der forårsagede sådanne transformationer, blev opdaget i biologiske objekter.

De kaldes enzymer. De første rene enzymer, der blev isoleret i 30'erne af det tyvende århundrede i form af krystaller, viste sig at være proteiner, og alle opnået senere (nu er der omkring to tusinde af dem) er også specielle proteintyper.

Vi ved nu, at enzymer er umådeligt bedre end kunstige katalysatorer på mange måder. Først og fremmest styrken ved handlingen. Tusinder af kemiske reaktioner forekommer i levende organismer med deltagelse af enzymer uden høje temperaturer og presser millioner og milliarder gange hurtigere end i nærværelse af de bedste kemiske katalysatorer.

Enzymer har en anden fordel - den vigtigste. De adskiller sig fra kunstige katalysatorer i den slående rationalitet i deres handlinger, strengt rettet og mest effektiv. Hvert enzym fungerer optimalt uden at lede efter "optimale teknologiske løsninger" og omdanner kun en eller en gruppe af nært beslægtede forbindelser. Desuden transformerer den i en strengt defineret retning.

Dette er de fantastiske evner, som enzymer har fundet. Men ved at vide meget om deres egenskaber kunne forskere, selv på tærsklen til vores århundrede, ikke besvare spørgsmålet om, hvad de er. Sandt nok, selv dengang så fremtrædende forskere som I. Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins var overbeviste om, at den vitale aktivitet af enhver organisme, stofskifte, ikke er andet end et sæt utallige kemiske reaktioner, der forekommer i levende celler. strengt bestilt. Og enzymer er den slags "retshåndhævende embedsmænd" (eller rettere dens organisatorer). Derfor er det klart, hvilken vigtig rolle de spiller i stofskiftet. Og han er til gengæld grundlaget for alle biologiske funktioner: ernæring, reproduktion, udvikling, arvelighed, irritabilitet, mobilitet.

Når alt kommer til alt, hvad er disse "mystiske fremmede" - enzymer til? Det tog mange års arbejde, refleksion og eksperimenter, inden det blev klart, at de i organismer ikke kun fremskynder metaboliske reaktioner, men også tjener som vigtige værktøjer til de "arbejdende" dele af celler. For første gang blev dette vist i 30'erne af det sidste århundrede af V. Engelhardt og M. Lyubimova. De fandt ud af, at det muskulære kontraktile protein og det enzym, der frigiver energi til sammentrækning, er identiske. Engelhardt foreslog, at enzymer udgør en væsentlig del af hele massen af ​​cellulære proteiner.

Denne idé blev fuldt ud bekræftet. Desuden viste det sig, at de ekstremt vigtige organer i celler, der er forbundet med syntesen af ​​proteiner, overførsel af stoffer, cellulær respiration, hovedsageligt er bygget på specielle enzymproteiner. Med andre ord placeres enzymer nøjagtigt hvor de er nødvendige som et subtilt instrument til kemisk transformation.

Læseren kan spørge: er det så vigtigt, hvor er hvilket enzym der er "registreret"? Det vigtigste er at vide, hvordan det fungerer. Det viser sig, at "topografi" i dette tilfælde er yderst vigtigt ikke kun for videnskaben, men også for praksis. Når alt kommer til alt, enzymer fremskynder ikke kun reaktioner.De er selv målrettet mod virkningen af ​​de fleste biologisk aktive forbindelser - vitaminer, hormoner, antibiotika, medicinske stoffer og giftstoffer.

Er det nødvendigt at forklare, hvilke udsigter der er fyldt med både den nøjagtige definition af "koordinaterne" for visse enzymer og evnen til at påvirke deres handling. For eksempel har komplekse organiske forbindelser, der er målrettet mod et af de enzymer, der er væsentlige for nervecentrenes funktion, vist sig at være en effektiv behandling for nogle alvorlige øjen- og nervesygdomme. Ved at belyse enzymernes struktur og funktioner søger videnskaben efter måder til praktisk kontrol af fysiologiske processer og nye måder at beskytte levende organismer mod skadelige virkninger.

I dag kendes mere end fem hundrede medfødte metaboliske defekter hos mennesker, hvis årsag er en arvelig, genetisk bestemt overtrædelse af syntesen af ​​et bestemt enzym. Så fx fører det medfødte fravær af et enzym, der fremskynder den sidste fase af biosyntese af aminosyren tyrosin, til en skarp forstyrrelse i børns fysiske og mentale udvikling. Mangler i dannelsen af ​​visse enzymer af sukkermetabolisme resulterer i farlige forstyrrelser i stabiliteten af ​​blodlegemer.

Den uovertrufne selektivitet af enzymers virkning gør dem til uvurderlige reagenser til biokemisk analyse - måling af indholdet af et bestemt sukker, aminosyre osv. I en kompleks blanding af lignende, beslægtede forbindelser såvel som med henblik på fin organisk syntese. Således har anvendelsen af ​​enzympræparater (eller mikrobielle celler rig på dem) i industrien reduceret omkostningerne ved sådanne vigtige biokemiske præparater som ascorbinsyre og steroidhormoner mange gange.

I dag er der i de fleste af de teknisk udviklede lande oprettet specialiserede virksomheder, der producerer enzympræparater. Disse lægemidler bruges i mange områder af lysindustrien, fødevare- og medicinalindustrien, intensiverer og reducerer produktionsomkostningerne. For eksempel kan deres anvendelse øge foderets ernæringsmæssige værdi i dyrehold.

Det ser ud til, at mulighederne for at bruge sådanne stoffer er uendelige. Men på trods af enzymernes bemærkelsesværdige katalytiske egenskaber var deres praktiske anvendelse indtil for nylig relativt begrænset. Årsag? Enzymernes ustabilitet og vanskeligheden ved at adskille dem fra reaktionsprodukterne. Dette udelukkede genanvendelse af enzymer og gjorde denne metode i mange tilfælde urentabel.

For nylig er disse mangler stort set blevet overvundet. Metoden til den såkaldte immobilisering af enzymer hjalp her. Hvad hvis et ustabilt enzym er bundet ved hjælp af stærke kemiske bindinger eller andre metoder til polymere uopløselige bærere af forskellige natur - derivater af cellulose, ionbytterplast, porøse briller, organosilikatgeler? Dette princip minder noget om podning af sydlige æbletræsorter til frostbestandige nordlige. Men det minder mig selvfølgelig kun på afstand. Her er forskellige skalaer, forskellige, meget mere subtile mekanismer. Og spørgsmålet er ganske naturligt her: er de værdifulde kvaliteter af enzymer overhovedet bevaret, efter at sådanne operationer er blevet udført på dem?

Og det viste sig: ja, det er de. Desuden har immobiliserede enzymer, mens de bevarer en væsentlig del af deres katalytiske aktivitet, i mange tilfælde en signifikant forøget stabilitet.

Du forstår, hvad der kan gøres, hvis stedet for nutidens katalysatorer, ret grove, "ufleksible" sammenlignet med enzymer, indtages i industri, landbrug, medicin af nye acceleratorer og reaktionshæmmere, der har alle de bedste kvaliteter af enzymer, men samtidig modstanden mod katalysatorer. Hvis sådanne "centaurer" korrekt "udnyttes" i økonomien, tvunget til at arbejde for dens behov med fuld dedikation, kan dette føre til en alvorlig stigning i produktionseffektiviteten.

Det er ikke tilfældigt, at der nu er knyttet store forhåbninger til denne nye forskningsgren - den såkaldte "ingeniørfermentologi". Det lover at forenkle mange brancher betydeligt og skabe fundamentalt nye. På trods af de ekstra omkostninger til produktionen af ​​immobiliserede enzymer gør muligheden for gentagen anvendelse den nye teknologi økonomisk berettiget.

Forskere forventer, at det med brugen af ​​immobiliserede enzymer i fremtiden vil være muligt at løse en række komplekse problemer ikke kun med fin organisk syntese, men også med kemisk energi, for eksempel til oprettelse af biokatalytiske systemer til fiksering af atmosfærisk nitrogen, syntese af flydende organisk brændstof fra kuldioxid og naturgas.

Det siger sig selv, at løsningen af ​​disse og andre anvendte problemer relateret til biologisk katalyse kun er mulig med et tilstrækkeligt højt niveau af grundlæggende forskning i enzymers struktur og funktion. Enzymernes kemi og biokemi er involveret i mange forskningsinstitutter og højere uddannelsesinstitutioner. Indenlandske forskere har ydet en række store, internationalt anerkendte bidrag til dette videnskabsfelt.

Mennesket deltog i konkurrence med naturen i områder, der syntes grundlæggende utilgængelige i går. At mestre enzymernes hemmeligheder, tvinge dem til at tjene sig selv, øge deres velbefindende, beskytte deres helbred, skriver han en ny side i den store bog med vores viden om verden.

A. Braunstein

Lignende publikationer

Hvad er et bur?

Hvordan proteinstrukturer er bygget

Neurale impulser og RNA