Химия завтра
Шрифт:
Ферменты — ключи жизни. Ими обладают все существа — от самых простейших и мельчайших до человека. Они есть в растениях, и не будь их — не было бы фотосинтеза. Вот почему академик Н. Д. Зелинский говорил, что ферменты перебрасывают мост между живым и неживым, помогают создавать живое, органическое тело.
Природные ускорители куда сложнее наших искусственных, но зато они и намного энергичнее. Их действие неизмеримо сильнее, чем у тех, которые создаются в лабораториях.
Ферментов известно несколько сот. Однако строение многих из них остается загадкой,
Во-первых, потому, что ферменты не только катализаторы, которые разлагают, обезвреживают вредные вещества, ускоряют окисление веществ полезных, но и переносят атомы или группы атомов от молекулы к молекуле, когда это бывает нужно организму.
Во-вторых, они служат защитниками от неожиданных химических опасностей: стоит появиться в организме яду, как ферменты тотчас начинают его разрушать. И ведь любопытно, что борьба с вредными насекомыми сильно осложнилась благодаря ферментам. В организме насекомых выработались противоядия, и уничтожать насекомых стало куда труднее.
В-третьих, и потому, что среди ферментов есть химические аккумуляторы энергии. Энергия требуется и для создания белков, и для работы мышц, для сохранения постоянной температуры тела — словом, для любого проявления нормальной жизни организма.
ЧАСТЬ II
В ШКОЛЕ ВЕЛИКОГО ХИМИКА
Заглядывая вперед, химик-технолог не сможет пройти мимо опыта живой природы — этого поистине Великого Химика, искуснейшего из искусных.
Что дало бы нам овладение секретами живой химии?
Если мы сможем, подобно ей, обойтись без высоких давлений и температур, значит, не понадобятся дорогие материалы, Стекло, вероятно, заняло бы на химических заводах место стали.
Высочайшая надежность? Пока она недостижима, говорят ученые. Надо еще разобраться во всех тонкостях природной кибернетики. Они не сомневаются, что со временем это удастся сделать. У нас часто пользуются выражением «умные машины», Но только природа поможет сделать их по-настоящему умными.
Наши катализаторы в сотни и тысячи раз менее активны, чем ферменты животного и растительного мира — катализаторы природные. Они еще не обладают столь высокой избирательностью — способностью ускорять только одну реакцию из многих сотен.
А ведь те же самые реакции, в которых участвуют ферменты, мы встретим и на наших химических заводах.
Мы не будем, конечно, слепо копировать природу. В сложных молекулах ферментов лишь частичка, лишь активный центр служит всему причиной. Выходит, можно создать упрощенную постройку. Биохимики выделяют ферменты из живых тканей. Химикам же придется из большого ассортимента молекул неживой материи создать искусственно подобие живого фермента. Думают даже, что в искусственных ферментах обойдутся… без белка.
Спрашивается: сравняется ли по силе действия биокатализатор искусственный
Опыты дали утвердительный ответ. Правда, не всегда удается догнать природу, получить столь же энергичный фермент. Но ведь это сейчас, а в будущем, может быть, будет иначе! Есть к тому же случаи, когда создавали даже более активные биологические вещества, чем природные.
Сегодняшняя практика подтверждает, что соревноваться в создании ферментов с природой вполне возможно. В то же время эти успехи таят в себе загадку для теории.
Если работоспособны более простые вещества, то зачем природе понадобились такие сложности? И только ли в одной активности дело? Не выполняют ли ферменты еще какую-то роль? Не могла же искусница-природа допустить столь неоправданные излишества или какие-то просчеты!
Большинство ферментов в клетке, оказывается, сосредоточено в митохондриях — особых тельцах, разделенных перегородками. Такая конструкция непроизвольна: недаром же, если митохондрии постепенно разрушаются, они вновь восстанавливаются, и опять с теми же перегородками. По-видимому, все эти сложные сооружения составляют часть химического завода клетки.
Чтобы создать химический завод, столь же совершенный, как клеточный, биохимикам предстоит немало поработать.
Ферменты возникли в первом же живом комочке белка. С тех пор несметное число тысячелетий природа совершенствовала это свое создание, как и другие детали белковых молекул. А если создать модель химической системы, которая станет само-развиваться подобно живому белку?
Разумеется, такую эволюцию надо сжать во времени. Ее можно направить и необязательно по проторенному пути, а выбрать другой вариант, не только более короткий, но и чем-то более интересный. У природы, как мастера эволюции, тоже бывали в запасе разные варианты.
Клетка устроена одинаково у людей и животных. Но люди и животные суши не могут пить морскую воду, а обитатели моря и одна-единственная птица — альбатрос — могут. У альбатроса имеется солевая железа, клетки которой работают несколько иначе. Сложная система клеточных «насосов» опресняет воду и выбрасывает соли.
Если уж природа придумала такое хитроумное приспособление, то почему бы и человеку, создав саморазвивающуюся химическую систему, не попробовать вести искусственную эволюцию по-своему?
Сине-зеленые водоросли работают, строят белок не только на свету, но и в темноте, если к питательному раствору добавлять глюкозу. Химическое производство в них легко переналаживается. И это тоже показатель высокого совершенства. Перевести же химзавод с одного вида топлива на другой — для нас целая реконструкция.
Учителями химиков должны стать и бактерии. Как много дала бы химии будущего разгадка секретов их химического «производства»! С помощью своих ферментных систем они могут делать удивительные вещи.