المسرعات البيولوجية |
|
يطلق عليهم الإنزيمات. تبين أن أول إنزيمات نقية تم عزلها في ثلاثينيات القرن العشرين على شكل بلورات كانت بروتينات ، وكلها تم الحصول عليها لاحقًا (يوجد الآن حوالي ألفي منها) هي أيضًا أنواع خاصة من البروتينات. نحن نعلم الآن أن الإنزيمات تتفوق بما لا يقاس على المحفزات الاصطناعية من نواح كثيرة. بادئ ذي بدء ، بقوة العمل. تحدث آلاف التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية بمشاركة إنزيمات بدون درجات حرارة عالية وضغوط أسرع بملايين ومليارات المرات من وجود أفضل المحفزات الكيميائية. للإنزيمات ميزة أخرى - أهمها. إنها تختلف عن المحفزات الاصطناعية في العقلانية اللافتة لأفعالها ، الموجهة بدقة والأكثر فعالية. يعمل كل إنزيم على النحو الأمثل ، دون البحث عن "الحلول التكنولوجية المثلى" ، مما يؤدي إلى تحويل واحد فقط أو مجموعة من المركبات وثيقة الصلة. علاوة على ذلك ، فإنه يتحول في اتجاه محدد بدقة. هذه هي القدرات المذهلة التي وجدتها الإنزيمات. ومع ذلك ، مع معرفة الكثير عن خصائصهم ، لم يتمكن الباحثون ، حتى على عتبة قرننا ، من الإجابة على سؤال حول ماهيتهم. صحيح ، حتى في ذلك الوقت ، كان العلماء البارزون مثل I. Pavlov و A. Bach و E. Fischer و F. Hopkins مقتنعين بأن النشاط الحيوي لأي كائن حي ، التمثيل الغذائي ليس أكثر من مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي لا تعد ولا تحصى التي تحدث في الخلايا الحية أمر صارم. والإنزيمات هي نوع من "ضباط إنفاذ القانون" (أو بالأحرى منظميها). ومن ثم فمن الواضح ما هو الدور المهم الذي يلعبونه في عملية التمثيل الغذائي. وهو بدوره أساس جميع الوظائف البيولوجية: التغذية ، والتكاثر ، والنمو ، والوراثة ، والتهيج ، والتنقل.
تم تأكيد هذه الفكرة بالكامل. علاوة على ذلك ، اتضح أن أعضاء الخلايا بالغة الأهمية ، المرتبطة بتخليق البروتينات ، ونقل المواد ، والتنفس الخلوي ، كل منها مبني بشكل أساسي من بروتينات إنزيمية خاصة. بمعنى آخر ، توضع الإنزيمات في المكان المطلوب بالضبط كأداة خفية للتحول الكيميائي. قد يسأل القارئ: هل هو مهم جدًا ، أين هو الإنزيم "المسجل"؟ الشيء الرئيسي هو معرفة كيفية عملها. اتضح أن "الطوبوغرافيا" في هذه الحالة مهمة للغاية ليس فقط للعلم ، ولكن أيضًا للممارسة. بعد كل شيء ، الإنزيمات لا تسرع ردود الفعل فقط.هم أنفسهم ، بدورهم ، مستهدفون من خلال عمل معظم المركبات النشطة بيولوجيًا - الفيتامينات والهرمونات والمضادات الحيوية والمواد الطبية والسموم. هل أحتاج إلى شرح الآفاق المحفوفة بالتعريف الدقيق لـ "إحداثيات" بعض الإنزيمات ، والقدرة على التأثير في عملها. على سبيل المثال ، أثبتت المركبات العضوية المعقدة التي تهاجم أحد الإنزيمات الضرورية لعمل المراكز العصبية أنها علاج قوي للعديد من أمراض العين والأعصاب الشديدة. من أجل توضيح بنية ووظائف الإنزيمات ، يبحث العلم عن طرق للتحكم العملي في العمليات الفسيولوجية وطرق جديدة لحماية الكائنات الحية من الآثار الضارة.
تجعل الانتقائية غير المسبوقة لعمل الإنزيمات كواشف لا تقدر بثمن للتحليل الكيميائي الحيوي - قياس محتوى سكر معين ، وحمض أميني ، وما إلى ذلك في خليط معقد من المركبات المماثلة ذات الصلة ، وكذلك لأغراض التخليق العضوي الدقيق. وبالتالي ، فإن استخدام مستحضرات الإنزيم (أو الخلايا الميكروبية الغنية بها) في الصناعة قد قلل من تكلفة مثل هذه المستحضرات الكيميائية الحيوية الهامة مثل حمض الأسكوربيك وهرمونات الستيرويد عدة مرات. اليوم ، في معظم البلدان المتقدمة تقنيًا ، تم إنشاء شركات متخصصة تنتج مستحضرات الإنزيم. تستخدم هذه الأدوية في العديد من مجالات الصناعات الخفيفة والغذائية والدوائية ، وتكثف وتقلل من تكلفة الإنتاج. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدامها إلى زيادة القيمة الغذائية للأعلاف في تربية الحيوانات. يبدو أن احتمالات استخدام مثل هذه الأدوية لا حصر لها. ولكن في الواقع ، على الرغم من الخصائص التحفيزية الرائعة للإنزيمات ، كان استخدامها العملي حتى وقت قريب محدودًا نسبيًا. سبب؟ عدم ثبات الإنزيمات وصعوبة فصلها عن نواتج التفاعل. استبعد هذا إعادة استخدام الإنزيمات وجعل هذه الطريقة غير مربحة في كثير من الحالات. في الآونة الأخيرة ، تم التغلب على أوجه القصور هذه إلى حد كبير. هنا ساعدت طريقة ما يسمى بتثبيت الإنزيمات. ماذا لو تم إرفاق إنزيم غير مستقر باستخدام روابط كيميائية قوية أو بوسائل أخرى مع حاملات بوليمرية غير قابلة للذوبان من طبائع مختلفة - مشتقات السليلوز ، بلاستيك التبادل الأيوني ، زجاج مسامي ، هلام سيليكات عضوي؟ يذكرنا هذا المبدأ إلى حد ما بتطعيم الأنواع الجنوبية من أشجار التفاح بالأشجار الشمالية المقاومة للصقيع. لكن ، بالطبع ، لا يذكرني إلا من مسافة بعيدة. فيما يلي مقاييس مختلفة وآليات مختلفة وأكثر دقة. والسؤال هنا طبيعي تمامًا: هل الصفات القيمة للإنزيمات محفوظة على الإطلاق بعد إجراء مثل هذه العمليات عليها؟ واتضح: نعم ، هم كذلك. علاوة على ذلك ، فإن الإنزيمات المجمدة ، مع الاحتفاظ بجزء كبير من النشاط التحفيزي ، في كثير من الحالات لديها استقرار متزايد بشكل ملحوظ.
ليس من قبيل المصادفة أن آمالًا كبيرة تُعلق الآن على هذا الفرع الجديد من البحث - ما يسمى ب "علم التخمير الهندسي". إنه يعد بتبسيط العديد من الصناعات بشكل كبير وإنشاء صناعات جديدة بشكل أساسي. على الرغم من التكاليف الإضافية لإنتاج الإنزيمات المجمدة ، فإن إمكانية استخدامها المتكرر تجعل التكنولوجيا الجديدة مبررة اقتصاديًا. يتوقع العلماء أنه مع استخدام الإنزيمات المعطلة في المستقبل سيكون من الممكن حل عدد من المشاكل المعقدة ليس فقط للتوليف العضوي الدقيق ، ولكن أيضًا للطاقة الكيميائية ، على سبيل المثال ، لإنشاء أنظمة تحفيز حيوي لتثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي ، وتوليف الوقود العضوي السائل من ثاني أكسيد الكربون والغاز الطبيعي. وغني عن القول أن حل هذه المشاكل التطبيقية وغيرها المتعلقة بالحفز البيولوجي ممكن فقط مع مستوى عالٍ من البحث الأساسي حول بنية ووظيفة الإنزيمات. تشارك الكيمياء والكيمياء الحيوية للإنزيمات في العديد من معاهد البحوث ومؤسسات التعليم العالي. قدم العلماء المحليون عددًا من المساهمات الرئيسية المعترف بها دوليًا في هذا المجال من العلوم. دخل الإنسان في منافسة مع الطبيعة في مناطق بدت بالأمس أنه يتعذر الوصول إليها بشكل أساسي. إتقان أسرار الإنزيمات ، وإجبارهم على خدمة أنفسهم ، وزيادة رفاهيتهم ، وحماية صحتهم ، يكتب صفحة جديدة في الكتاب العظيم لمعرفتنا بالعالم. أ. براونشتاين |
كما تشهد الأساطير والحكايات الشعبية في العصور القديمة ، أعد الناس منذ زمن بعيد النبيذ من عصير العنب ، وصنعوا الجبن من اللبن الرائب ، وضربوا الأعداء والحيوانات البرية بالسهام ، التي كانت أطرافها مشبعة بالسم القاتل. لقد لاحظ الإنسان واستخدم العديد من التحولات المذهلة التي تحدث في الكائنات الحية والمواد المأخوذة منها ، مثل تخثر الدم ونضج (وتحلل) اللحوم والأسماك والمنتجات النباتية. لكن لماذا يحدث كل هذا ، لم يستطع تفسيره لفترة طويلة. فقط في بداية القرن التاسع عشر تم اكتشاف المواد الفعالة في الأجسام البيولوجية التي تسبب مثل هذه التحولات.
بعد كل شيء ، لماذا هؤلاء "الغرباء الغامضون" - الإنزيمات؟ استغرق الأمر سنوات من العمل والتفكير والتجريب قبل أن يتضح أنها في الكائنات الحية لا تسرع تفاعلات التمثيل الغذائي فحسب ، بل تعمل أيضًا كأدوات مهمة للأجزاء "العاملة" من الخلايا. تم عرض هذا لأول مرة في الثلاثينيات من القرن الماضي بواسطة V. Engelhardt و M. Lyubimova. وجدوا أن البروتين العضلي المقلص والإنزيم الذي يطلق الطاقة للتقلص متطابقان. اقترح إنجلهاردت أن الإنزيمات تشكل جزءًا أساسيًا من الكتلة الكاملة للبروتينات الخلوية.
في الوقت الحاضر ، يُعرف أكثر من خمسمائة عيب خلقي في التمثيل الغذائي لدى البشر ، والسبب هو انتهاك وراثي محدد وراثيًا لتخليق إنزيم معين. لذلك ، على سبيل المثال ، يؤدي الغياب الخلقي للإنزيم الذي يسرع المرحلة الأخيرة من التخليق الحيوي للحمض الأميني التيروزين إلى اضطراب حاد في النمو البدني والعقلي للأطفال. تؤدي العيوب في تكوين بعض إنزيمات التمثيل الغذائي للسكر إلى اضطرابات خطيرة في استقرار خلايا الدم.
أنت تفهم ما يمكن فعله إذا تم أخذ مكان المحفزات اليوم ، الخشن إلى حد ما ، "غير المرن" مقارنة بالأنزيمات ، في الصناعة والزراعة والطب بواسطة مسرعات جديدة ومثبطات رد فعل تمتلك أفضل صفات الإنزيمات ، ولكن في نفس الوقت مقاومة للاصطناعية المحفزات. إذا تم "تسخير" هذه "القنطور" بشكل صحيح في الاقتصاد ، وإجبارها على العمل لتلبية احتياجاتها بتفان كامل ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة خطيرة في كفاءة الإنتاج.
| إلى أسرار الأحياء (وجهات نظر علم الوراثة) | ستيبان بتروفيتش كراشينينيكوف |
|---|
وصفات جديدة
