Mga biological accelerator

Tulad ng pagpapatotoo ng mga alamat at kwento ng unang panahon, ang mga tao mula pa nang una ay naghanda ng alak mula sa katas ng ubas, gumawa ng keso mula sa maasim na gatas, sinaktan ang mga kaaway at ligaw na hayop ng mga arrow, na ang mga tip ay puspos ng nakamamatay na lason. Napansin at ginamit ng tao ang maraming kamangha-manghang mga pagbabagong nagaganap sa mga nabubuhay na organismo at materyales na kinuha mula sa kanila, tulad ng pamumuo ng dugo, pagkahinog (at agnas) ng mga produktong karne, isda at halaman. Ngunit bakit nangyayari ang lahat ng ito, hindi niya maipaliwanag nang mahabang panahon. Sa simula pa lamang ng ika-19 na siglo natuklasan ang mga aktibong sangkap na sanhi ng naturang mga pagbabago sa mga biological na bagay.

Tinatawag silang mga enzyme. Ang unang dalisay na mga enzyme na nakahiwalay noong 30 ng ikadalawampu siglo sa anyo ng mga kristal ay naging mga protina, at lahat ay nakuha sa paglaon (ngayon may halos dalawang libong mga ito) ay mga espesyal na uri din ng protina.

Alam natin ngayon na ang mga enzyme ay hindi masukat na higit na mataas sa mga artipisyal na catalista sa maraming paraan. Una sa lahat, sa lakas ng pagkilos. Ang libu-libong mga reaksyong kemikal ay nagaganap sa mga nabubuhay na organismo na may paglahok ng mga enzyme na walang mataas na temperatura at pinipilit ang milyon-milyong at bilyun-bilyong beses na mas mabilis kaysa sa pagkakaroon ng pinakamahusay na mga catalista ng kemikal.

Ang mga enzim ay may isa pang kalamangan - ang pinakamahalaga. Ang mga ito ay naiiba mula sa mga artipisyal na catalista sa kapansin-pansin na katuwiran ng kanilang mga aksyon, mahigpit na nakadirekta at pinaka-epektibo. Ang bawat enzyme ay gumagana nang mahusay, nang hindi naghahanap ng "pinakamainam na mga teknolohikal na solusyon", na nagko-convert lamang ng isa o isang pangkat ng malapit na nauugnay na mga compound. Bukod dito, nagbabago ito sa isang mahigpit na tinukoy na direksyon.

Ito ang mga kamangha-manghang mga kakayahan na natagpuan na mayroong mga enzyme. Gayunpaman, maraming nalalaman tungkol sa kanilang mga pag-aari, ang mga mananaliksik, kahit na sa threshold ng ating siglo, ay hindi masagot ang tanong kung ano sila pagkatapos ng lahat. Totoo, kahit na ang mga kilalang siyentipiko tulad ng I. Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins ay kumbinsido na ang mahalagang aktibidad ng anumang organismo, ang metabolismo ay hindi hihigit sa isang hanay ng hindi mabilang na mga reaksyong kemikal na nangyayari sa mga nabubuhay na selyo na mahigpit na iniutos. . At ang mga enzyme ay ang uri ng "tagapag-alaga ng kaayusan" (o sa halip, ang mga tagapag-ayos nito). Samakatuwid, malinaw kung ano ang mahalagang papel na ginagampanan nila sa metabolismo. At siya naman, ang batayan ng lahat ng mga biological function: nutrisyon, pagpaparami, pag-unlad, pagmamana, pagkamayamutin, kadaliang kumilos.

Pagkatapos ng lahat, ano ang mga "misteryosong estranghero" na ito - para sa mga enzyme? Tumagal ng maraming taon ng trabaho, pagsasalamin, at pag-eksperimento bago ito naging malinaw na sa mga organismo hindi lamang nila pinabilis ang mga reaksyong metabolic, ngunit nagsisilbing mahalagang mga tool para sa "gumaganang" mga bahagi ng mga cell. Ito ay unang ipinakita noong 30 ng huling siglo nina V. Engelhardt at M. Lyubimova. Nalaman nila na ang kalamnan ng kontraktwal na protina at ang enzyme na naglalabas ng enerhiya para sa pag-urong ay magkapareho. Iminungkahi ni Engelhardt na ang mga enzyme ay bumubuo ng isang mahalagang bahagi ng buong masa ng mga cellular protein.

Ang ideyang ito ay buong nakumpirma. Bukod dito, ito ay naka-out na ang napaka-mahalagang mga bahagi ng katawan ng mga cell, na nauugnay sa pagbubuo ng mga protina, ang paglipat ng mga sangkap, cellular respiration, bawat isa ay pangunahing binuo mula sa mga espesyal na protina na enzymatic. Sa madaling salita, ang mga enzyme ay inilalagay nang eksakto kung saan kinakailangan ito bilang isang banayad na instrumento ng pagbabago ng kemikal.

Maaaring tanungin ng mambabasa: ito ba ay napakahalaga, saan ang aling enzyme ang "nakarehistro"? Ang pangunahing bagay ay upang malaman kung paano ito gumagana. Ito ay lumalabas na ang "topograpiya" sa kasong ito ay lubhang mahalaga hindi lamang para sa agham, kundi pati na rin para sa pagsasanay. Pagkatapos ng lahat, ang mga enzyme ay hindi lamang nagpapabilis ng mga reaksyon.Ang kanilang mga sarili, sa turn, ay naka-target sa pamamagitan ng pagkilos ng karamihan sa mga biologically active compound - bitamina, hormon, antibiotics, nakapagpapagaling na sangkap at mga lason.

Kailangan ko bang ipaliwanag kung ano ang mga prospect na puno ng eksaktong kahulugan ng "mga coordinate" ng ilang mga enzyme, at ang kakayahang impluwensyahan ang kanilang pagkilos. Halimbawa, ang mga kumplikadong organikong compound na nagta-target sa isa sa mga enzyme na mahalaga para sa paggana ng mga nerve center ay napatunayan na maging isang malakas na paggamot para sa maraming matinding sakit sa mata at nerbiyos. Tinutukoy ang istraktura at pag-andar ng mga enzyme, ang agham ay naghahanap ng mga paraan ng praktikal na pagkontrol sa mga proseso ng pisyolohikal at mga bagong paraan upang maprotektahan ang mga nabubuhay na organismo mula sa mapanganib na impluwensya.

Ngayong mga araw na ito, higit sa limang daang mga congenital metabolic defect sa tao ang kilala, na ang sanhi nito ay isang namamana, tinukoy ng genetiko na paglabag sa pagbubuo ng isang tiyak na enzyme. Kaya, halimbawa, ang katutubo na kawalan ng isang enzyme na nagpapabilis sa huling yugto ng biosynthesis ng amino acid tyrosine ay humahantong sa isang matinding pagkagambala sa pisikal at mental na pag-unlad ng mga bata. Ang mga depekto sa pagbuo ng ilang mga enzyme ng metabolismo ng asukal ay nagreresulta sa mapanganib na mga kaguluhan sa katatagan ng mga selula ng dugo.

Ang hindi maunahan na pagpili ng pagkilos ng mga enzyme ay nagpapahalaga sa kanila ng reagents para sa pagsusuri ng biochemical - pagsukat sa nilalaman ng isang tiyak na asukal, amino acid, atbp. Sa isang komplikadong timpla ng magkatulad, magkakaugnay na mga compound, pati na rin para sa mga layunin ng pinong organikong pagbubuo. Kaya, ang paggamit ng mga paghahanda ng enzyme (o mga microbial cell na mayaman sa kanila) sa industriya ay binawasan ang gastos ng mga mahahalagang paghahanda na biochemical tulad ng ascorbic acid at mga steroid hormone nang maraming beses.

Ngayon, sa karamihan ng mga bansa na may teknolohikal na pag-unlad, ang mga dalubhasang negosyo ay nilikha na gumagawa ng mga paghahanda sa enzyme. Ang mga gamot na ito ay ginagamit sa maraming lugar ng industriya ng ilaw, pagkain at parmasyutiko, nagpapalakas at nagbabawas sa gastos ng produksyon. Halimbawa, ang kanilang paggamit ay maaaring dagdagan ang nutritional halaga ng feed sa pag-aalaga ng hayop.

Mukhang ang mga posibilidad ng paggamit ng naturang mga gamot ay walang katapusan. Ngunit sa katunayan, sa kabila ng kapansin-pansin na catalytic na mga katangian ng mga enzyme, ang kanilang praktikal na paggamit hanggang kamakailan ay medyo limitado. Dahilan? Ang kawalang-tatag ng mga enzyme at ang kahirapan na paghiwalayin ang mga ito mula sa mga produktong reaksyon. Ibinukod nito ang muling paggamit ng mga enzyme at ginawang hindi kapaki-pakinabang ang pamamaraang ito sa maraming mga kaso.

Kamakailan, ang mga pagkukulang na ito ay higit na napagtagumpayan. Ang pamamaraan ng tinatawag na immobilization ng mga enzyme ay nakatulong dito. Paano kung ang isang hindi matatag na enzyme ay nakakabit gamit ang malakas na mga bono ng kemikal o sa ibang paraan sa mga polymeric insoluble carriers ng iba't ibang mga likas na katangian - mga derivatives ng cellulose, mga plastik na palitan ng ion, mga porous na baso, mga organosilicate na gel? Ang prinsipyong ito ay medyo nakapagpapaalala ng paghugpong ng timog na mga pagkakaiba-iba ng mga puno ng mansanas sa mga frost na lumalaban sa hamog na nagyelo. Ngunit, syempre, pinapaalala lamang nito sa akin mula sa malayo. Narito ang iba't ibang mga kaliskis, magkakaiba, mas maraming banayad na mekanismo. At ang tanong ay natural lamang dito: ang mga mahahalagang katangian ba ng mga enzyme na napanatili lahat matapos ang naturang operasyon ay isinasagawa sa kanila?

At ito ay naging: oo, sila ang. Bukod dito, ang mga immobilized enzyme, habang pinapanatili ang isang makabuluhang bahagi ng kanilang catalytic na aktibidad, sa maraming mga kaso ay may isang makabuluhang nadagdagan ang katatagan.

Naiintindihan mo kung ano ang maaaring gawin kung ang lugar ng mga catalista ngayon, sa halip magaspang, "hindi nababaluktot" kumpara sa mga enzyme, ay kinuha sa industriya, agrikultura, gamot ng mga bagong accelerator at reaktor na reaksyon na mayroong lahat ng mga pinakamahusay na katangian ng mga enzyme, ngunit sa sa parehong oras ang paglaban ng mga artipisyal na catalista. Kung ang mga naturang "centaur" ay maayos na "ginagamit" sa ekonomiya, pinilit na gumana para sa mga pangangailangan nito na may buong dedikasyon, maaari itong humantong sa isang seryosong pagtaas sa kahusayan sa produksyon.

Ito ay hindi aksidente na ang dakilang pag-asa ay na-pin sa ngayon sa bagong sangay ng pananaliksik - ang tinaguriang "engineering fermentology". Nangangako itong mapapadali ang maraming industriya at lumikha ng panibago ng mga bago. Sa kabila ng mga karagdagang gastos para sa paggawa ng mga immobilized na mga enzyme, ang posibilidad ng kanilang paulit-ulit na paggamit ay ginagawang makatarungan sa ekonomiya ang bagong teknolohiya.

Inaasahan ng mga siyentista na sa paggamit ng mga immobilized na mga enzyme sa hinaharap posible na malutas ang isang bilang ng mga kumplikadong problema ng hindi lamang pinong organikong pagbubuo, kundi pati na rin ang enerhiya ng kemikal, halimbawa, sa paglikha ng mga sistemang biocatalytic para sa pag-aayos ng atmospheric nitrogen, synthesis ng likidong organikong gasolina mula sa carbon dioxide at natural gas.

Hindi nito sinasabi na ang solusyon sa mga ito at iba pang inilapat na mga problema na may kaugnayan sa biological catalysis ay posible lamang sa isang sapat na mataas na antas ng pangunahing pananaliksik sa istraktura at pagpapaandar ng mga enzyme. Maraming mga institusyon sa pananaliksik at unibersidad ang kasangkot sa kimika at biochemistry ng mga enzyme. Ang mga syentista sa domestic ay gumawa ng isang bilang ng mga pangunahing, kinikilala sa buong mundo na mga kontribusyon sa larangan ng agham na ito.

Ang tao ay pumasok sa kumpetisyon sa likas na katangian sa mga lugar na tila hindi maa-access kahapon lamang. Pinuno ang mga lihim ng mga enzyme, pinipilit silang maglingkod sa kanilang sarili, upang madagdagan ang kanilang kagalingan, upang maprotektahan ang kanilang kalusugan, nagsulat siya ng isang bagong pahina sa mahusay na libro ng aming kaalaman tungkol sa mundo.

A. Braunstein

Katulad na mga publication

Ano ang isang hawla?

Paano itinatayo ang mga istruktura ng protina

Mga impulses sa neural at RNA