Biologiset kiihdyttimet

Kuten antiikin legendat ja kansantarinat todistavat, ihmiset ovat muinaisista ajoista lähtien valmistaneet viiniä rypälemehusta, tehneet juustoa hapanmaidosta, lyöneet vihollisia ja villieläimiä nuolilla, joiden kärjet olivat kyllästettyjä tappavalla myrkyllä. Ihminen on havainnut ja käyttänyt monia hämmästyttäviä muutoksia, jotka tapahtuvat elävissä organismeissa ja niistä otetuissa materiaaleissa, kuten veren hyytyminen, lihan, kalan ja kasvituotteiden kypsyminen (ja hajoaminen). Mutta miksi kaikki tämä tapahtuu, hän ei voinut selittää pitkään. Vasta 1800-luvun alussa löydettiin biologisista kohteista tällaisia ​​muutoksia aiheuttavia vaikuttavia aineita.

Niitä kutsutaan entsyymeiksi. Ensimmäiset 1900-luvun 30-luvulla eristetyt puhtaat entsyymit kiteinä osoittautuivat proteiineiksi, ja kaikki myöhemmin saadut (nyt niitä on noin kaksi tuhatta) ovat myös erityisiä proteiineja.

Tiedämme nyt, että entsyymit ovat monin tavoin mittaamattomasti parempia kuin keinotekoiset katalyytit. Ensinnäkin toiminnan vahvuus. Elävissä organismeissa tapahtuu tuhansia kemiallisia reaktioita, joihin osallistuvat entsyymit ilman korkeita lämpötiloja ja paineita miljoonia ja miljardeja kertoja nopeammin kuin parhaiden kemiallisten katalyyttien läsnä ollessa.

Entsyymeillä on toinen etu - tärkein. Ne eroavat keinotekoisista katalysaattoreista toimintansa silmiinpistävässä järkevyydessä, tiukasti suunnatun ja tehokkaimman. Jokainen entsyymi toimii optimaalisesti etsimättä "optimaalisia teknisiä ratkaisuja", muuntamalla vain yhden tai ryhmän läheisesti läheisiä yhdisteitä. Lisäksi se muuttuu tiukasti määriteltyyn suuntaan.

Nämä ovat hämmästyttäviä kykyjä, joita entsyymit ovat löytäneet. Kuitenkin tietäen paljon ominaisuuksistaan, tutkijat eivät edes vuosisadamme kynnyksellä pystyneet vastaamaan kysymykseen, mitä he ovat. Totta, jo silloin sellaiset erinomaiset tutkijat kuin I.Pavlov, A.Bach, E.Fischer, F.Hopkins olivat vakuuttuneita siitä, että minkä tahansa organismin elintärkeä toiminta, aineenvaihdunta ei ole muuta kuin joukko lukemattomia elävissä soluissa esiintyviä kemiallisia reaktioita tiukasti tilattu. Ja entsyymit ovat sellaisia ​​"lainvalvontaviranomaisia" (tai pikemminkin sen järjestäjiä). Siksi on selvää, mikä tärkeä rooli heillä on aineenvaihdunnassa. Hän puolestaan ​​on kaikkien biologisten toimintojen perusta: ravitsemus, lisääntyminen, kehitys, perinnöllisyys, ärtyneisyys, liikkuvuus.

Loppujen lopuksi mitä nämä "salaperäiset muukalaiset" ovat - entsyymit? Kesti vuosia työtä, pohdintaa ja kokeiluja, ennen kuin kävi selväksi, että organismeissa ne paitsi kiihdyttävät aineenvaihduntareaktioita myös palvelevat tärkeinä työkaluina solujen "toimiville" osille. Tämän osoittivat ensimmäisen kerran viime vuosisadan 30-luvulla V. Engelhardt ja M. Lyubimova. He havaitsivat, että lihaksen supistumisproteiini ja entsyymi, joka vapauttaa energiaa supistumiseen, ovat identtisiä. Engelhardt ehdotti, että entsyymit muodostavat oleellisen osan soluproteiinien kokonaismassasta.

Tämä ajatus vahvistettiin täysin. Lisäksi kävi ilmi, että erittäin tärkeät solujen elimet, jotka liittyvät proteiinien synteesiin, aineiden siirtymiseen, soluhengitykseen, on rakennettu pääosin erityisistä entsyymiproteiineista. Toisin sanoen entsyymit sijoitetaan tarkalleen sinne, missä niitä tarvitaan hienovaraisena kemiallisen muunnoksen välineenä.

Lukija voi kysyä: onko se niin tärkeää, missä on mikä entsyymi on "rekisteröity"? Tärkeintä on tietää, miten se toimii. On käynyt ilmi, että "topografia" on tässä tapauksessa erittäin tärkeä paitsi tieteelle myös käytännön kannalta. Loppujen lopuksi entsyymit paitsi nopeuttavat reaktioita.Ne puolestaan ​​kohdistuvat useimpien biologisesti aktiivisten yhdisteiden - vitamiinien, hormonien, antibioottien, lääkeaineiden ja myrkkyjen - toimintaan.

Pitääkö minun selittää, mitkä näkymät ovat täynnä tiettyjen entsyymien "koordinaattien" tarkkaa määrittelyä ja kykyä vaikuttaa niiden toimintaan. Esimerkiksi monimutkaiset orgaaniset yhdisteet, jotka kohdistuvat yhteen hermokeskusten toiminnan kannalta välttämättömistä entsyymeistä, ovat osoittautuneet tehokkaaksi hoidoksi useille vakaville silmä- ja hermosairauksille. Selvittämällä entsyymien rakennetta ja toimintoja tiede etsii tapoja fysiologisten prosessien käytännön hallintaan ja uusia tapoja suojella eläviä organismeja haitallisilta vaikutuksilta.

Nykyään ihmisillä tunnetaan yli viisisataa synnynnäisiä aineenvaihduntahäiriöitä, joiden syy on perinnöllinen, geneettisesti määritetty tietyn entsyymin synteesin rikkominen. Joten esimerkiksi entsyymin synnynnäinen puuttuminen, joka kiihdyttää aminohappotyrosiinin biosynteesin viimeistä vaihetta, johtaa jyrkkään häiriöön lasten fyysisessä ja henkisessä kehityksessä. Tiettyjen sokerimetabolian entsyymien muodostumisvirheet aiheuttavat vaarallisia häiriöitä verisolujen vakaudessa.

Entsyymien toiminnan ylivoimainen selektiivisyys tekee niistä korvaamattomia reagensseja biokemiallisiin analyyseihin - tietyn sokerin, aminohapon jne. Sisällön mittaamiseen samanlaisten, läheisten yhdisteiden monimutkaisessa seoksessa sekä hienon orgaanisen synteesin tarkoituksiin. Siksi entsyymivalmisteiden (tai niitä sisältävien mikrobisolujen) käyttö teollisuudessa on alentanut monta kertaa niin tärkeiden biokemiallisten valmisteiden kuin askorbiinihappo ja steroidihormonit kustannuksia.

Nykyään useimpiin teknisesti kehittyneisiin maihin on perustettu erikoistuneita yrityksiä, jotka tuottavat entsyymivalmisteita. Näitä lääkkeitä käytetään monilla kevyt-, elintarvike- ja lääketeollisuuden alueilla, tehostavat ja alentavat tuotantokustannuksia. Esimerkiksi niiden käyttö voi lisätä rehun ravintoarvoa karjankasvatuksessa.

Näyttää siltä, ​​että mahdollisuudet käyttää tällaisia ​​lääkkeitä ovat rajattomat. Itse asiassa, huolimatta entsyymien huomattavista katalyyttisistä ominaisuuksista, niiden käytännön käyttö viime aikoihin asti oli suhteellisen rajallista. Syy? Entsyymien epävakaus ja vaikeus erottaa ne reaktiotuotteista. Tämä sulkee pois entsyymien uudelleenkäytön ja teki tästä menetelmästä tappiollisen monissa tapauksissa.

Viime aikoina nämä puutteet on suurelta osin voitettu. Menetelmä ns. Entsyymien immobilisoimiseksi auttoi tässä. Entä jos epävakaa entsyymi kiinnitetään voimakkailla kemiallisilla sidoksilla tai muilla menetelmillä polymeerisiin liukenemattomiin kantajiin - selluloosajohdannaisiin, ioninvaihtomuoveihin, huokoisiin laskeihin, organosilikaattigeeleihin? Tämä periaate muistuttaa jonkin verran eteläisten omenapuulajien varttamista pakkasenkestäviksi pohjoisiksi. Mutta tietysti se muistuttaa minua vain etäisyydeltä. Tässä on erilaisia ​​asteikoita, erilaisia, paljon hienovaraisempia mekanismeja. Ja kysymys on tässä aivan luonnollinen: säilyvätkö entsyymien arvokkaat ominaisuudet ollenkaan sen jälkeen, kun niille on suoritettu tällaisia ​​toimintoja?

Ja kävi ilmi: kyllä, he ovat. Lisäksi immobilisoiduilla entsyymeillä on huomattavasti suurempi stabiilisuus, vaikka ne säilyttävät merkittävän osan katalyyttisestä aktiivisuudesta.

Ymmärrät mitä voidaan tehdä, jos nykyisten katalyyttien paikka, melko karkea, "joustamaton" verrattuna entsyymeihin, otetaan teollisuudessa, maataloudessa, lääketieteessä uusilla kiihdyttimillä ja reaktion hidastajilla, joilla on kaikki parhaat entsyymien ominaisuudet, mutta samalla keinotekoisten katalyytit. Jos tällaiset "kentaurit" "hyödynnetään" asianmukaisesti talouteen ja pakotetaan työskentelemään sen tarpeiden puolesta täysin omistautuneesti, se voi johtaa tuotannon tehokkuuden vakavaan lisääntymiseen.

Ei ole sattumaa, että suuret toiveet ovat nyt kiinnittäneet tämän uuden tutkimuksen - niin sanotun "teknisen fermentologian". Se lupaa yksinkertaistaa merkittävästi monia teollisuudenaloja ja luoda pohjimmiltaan uusia. Huolimatta immobilisoitujen entsyymien tuotannon lisäkustannuksista, niiden toistuvan käytön mahdollisuus tekee uudesta tekniikasta taloudellisesti perustellun.

Tutkijat odottavat, että immobilisoitujen entsyymien avulla voidaan tulevaisuudessa ratkaista lukuisia monimutkaisia ​​ongelmia paitsi hienossa orgaanisessa synteesissä, myös kemiallisessa energiassa, esimerkiksi luomalla biokatalyyttisiä järjestelmiä ilmakehän typen kiinnittämiseksi, nestemäisen orgaanisen polttoaineen synteesiksi hiilidioksidista ja maakaasusta.

On sanomattakin selvää, että näiden ja muiden biologiseen katalyysiin liittyvien ongelmien ratkaiseminen on mahdollista vain riittävän korkealla entsyymien rakennetta ja toimintaa koskevalla perustutkimuksella. Monet tutkimuslaitokset ja korkeakoulut harjoittavat entsyymien kemiaa ja biokemiaa. Kotimaiset tutkijat ovat antaneet useita merkittäviä, kansainvälisesti tunnustettuja panoksia tälle tieteenalalle.

Ihminen kilpaili luonnon kanssa alueilla, jotka tuntuivat pohjimmiltaan saavuttamattomilta vasta eilen. Hän kirjoittaa entsyymien salaisuuksia, pakottaa ne palvelemaan itseään, parantamaan hyvinvointiaan ja suojelemaan terveyttään. Hän kirjoittaa uuden sivun maailmasta tuntemamme suuren kirjan.

A.Braunstein

Samankaltaisia ​​julkaisuja

Mikä on häkki?

Kuinka proteiinirakenteet rakennetaan

Hermoimpulssit ja RNA