Как химики соревнуются с природой

Как химики соревнуются с природойМы уже упоминали, что к 2005 году число синтезированных и изученных химиками веществ превысило 25 миллионов. И если в начале XIX века многие сомневались в возможности искусственного получения органических соединений из неорганических, то в этом столетии правомерен будет следующий вопрос: возможно ли искусственно создать «живое вещество».

Для этого прежде всего надо понять, как оно устроено, каким образом растущий организм «узнаёт», какие исходные вещества из поступающих с пищей ему нужны и как из них синтезировать соединения, из которых строятся различные органы. Понятно, что эта «пропись» зашифрована в наследственной информации, так же как в микросхемах компьютера зашифрована последовательность операций, которые должна выполнить та или иная программа — начиная с печатания букв и кончая сложными расчётами.

Во второй половине XX века учёные выяснили, что для записи всей наследственной информации живого организма достаточно всего нескольких элементов!

Наследственная информация, записанная в живой клетке, определяет, что именно вырастет из этой клеточки, неразличимой невооружённым глазом: сибирский кедр, морской конёк или человек. Как же удаётся записать эту информацию?

Аборигены (коренные жители) Америки много веков назад изобрели «узелковую письменность»: к длинной верёвке они привязывали торчащие вбок шнурки с узелками различной формы и таким способом могли передавать разнообразную информацию.

Возьмём теперь длинную «верёвку», построенную из соединённых друг с другом атомов элемента углерода (эти атомы легко соединяются в цепочки любой длины). Получится молекула, которая не несёт никакой информации.

Кстати, именно из таких молекул состоит полиэтилен, из которого сделаны пакеты, и парафин, из которого делают свечки. Эта молекула имеет формулу — СН2-СН2-СН2-СН2. Число звеньев в молекуле может достигать многих тысяч.

Разные свойства полиэтилена и парафина связаны в основном с разной длиной молекул-цепочек.

Но если в разных местах молекулы полиэтилена путём замещения отдельных атомов водорода присоединить по бокам различные группировки из атомов других элементов (в том числе и углерода), можно получить осмысленное «сообщение».

Чтобы его «прочитать», надо знать, из каких элементов состоят боковые группы (кстати, «боковая группа» — обычный химический термин), каково их строение и по каким правилам они присоединяются к центральной нити.

Именно по этому принципу природа создала «текст» с определённым биологическим смыслом — его называют генетическим кодом. Основной «строительный материал», из которого построены ткани животных, — разнообразные белки.

Каждый организм имеет собственный набор белков — различный в разных органах.

Например, в волокнах мышц присутствует белок миозин (от греч. myos — «мышца»), отсюда название болезни «миозит» — воспаление мышц.

Волосы, ногти, сухожилия, шерсть животных и перья птиц состоят в основном из белка кератина (от греч.

keras — «рог»). Красные кровяные тельца содержат белок глобин (от лат. globulus — «шарик»), зёрна пшеницы — белок глиадин (от греч.

glia — «клей») и т. д. Белками являются многочисленные ферменты (например, пищеварительные), которые управляют протеканием различных реакций в организме, многие гормоны (например, инсулин), которые регулируют жизненные процессы.

Белок — полимер, построенный из множества молекул аминокислот, вернее, из остатков этих молекул: когда две аминокислоты «сшиваются», выделяется одна молекула воды, так же происходит присоединение третьей молекулы и т. д. Молекула белка может содержать от нескольких десятков остатков аминокислот (например, в инсулине их 51) до нескольких миллионов. Рекорд принадлежит белку титину (другое название — коннектин).

Этот белок содержится в мышцах, обеспечивая (совместно с другими белками) их эластичность. Титин представляет собой цепочку из 26 926 аминокислотных остатков, а его молекулярная масса равна 2 993 000 Да (дальтон — атомная единица массы, используемая биохимиками, она совпадает с углеродной единицей, а названа в честь английского химика Джона Дальтона, который в начале XVIII века впервые предложил измерять массы атомов в относительных единицах).

Если молекулу титина «вытянуть в струнку», её длина превысит 1 мкм — объекты такого размера (правда, более «толстые») уже видны в обычный оптический микроскоп. Различных аминокислот, из которых построены белки, сравнительно немного.

Из них 20 встречаются очень часто, почти в каждом белке, 10 — значительно реже, и ещё несколько десятков — совсем редко.

Существуют миллионы различных белков, и отличаются они тем, в каком количестве и в каком порядке соединены в них друг с другом аминокислоты.

Каждый организм умеет строить свои собственные белки, «сшивая» молекулы аминокислот в строго определённом порядке.

Как же это ему удаётся?

Где записана та инструкция, которая определяет порядок «строительства»? Здесь прослеживается некоторая аналогия с работой компьютера.

Для его работы нужны программы, часть которых записаны уже при изготовлении компьютера (как говорят, «вшиты» в него), а остальные могут устанавливаться в его память пользователем.

И все программы работают в цифровом режиме, используя в конечном счёте только нули и единицы. Строение каждого белка тоже закодировано в особой полимерной молекуле, которую часто называют молекулой наследственности.

Это знаменитая ДНК (полное название — дезоксирибонуклеиновая кислота).

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

О химии и химиках
  • Репетитор – это не обязательно

    06.09.2017

    Очень примечательным и ободряющим для российских граждан является тот факт, что во всем мире репетиторство развивается не менее бурными темпами, чем в России. Ведь когда на законодательном уровне было закреплено единый... 
    Читать полностью

  • Чудеса для разминки

    02.02.2017

    Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться. Для первого опыта нужны два вещества, которые,... 
    Читать полностью

  • Варим яйцо в бумажной кастрюле

    02.02.2017

    Возьмите лист плотной бумаги, сверните из него колпачок. Стыки проклейте быстросохнущим клеем и скрепите скобами степлера. В эту бумажную емкость налейте воды, положите сырое яйцо. Согните из проволоки держатель (его можно... 
    Читать полностью

  • Свеча из мыла

    02.02.2017

    Когда мы рассуждали о том, почему мыло моет, то упоминали особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост», причем «голова» стремится к воде, а «хвост», напротив, от воды отталкивается… Рассмотрим... 
    Читать полностью

  • Главные принципы домашнего физика

    01.02.2017

    Правило первое (самое главное). Сначала демонстрация опыта, потом – его объяснение и применение закона! Именно такая последовательность привлекает максимальное внимание, и вызывает главный вопрос исследователя – «Почему?» Правило... 
    Читать полностью