Молекулярный уровень живых систем

Биологической эволюции предшествовала длительная предбиотическая эволюция, связанная с переходом от неорганической материи к органической, а затем к элементарным формам жизни.

Такая эволюция связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Переход к простейшим формам жизни предполагает особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для образования биологических систем. Из более ста химических элементов лишь шесть, названных органогенами, служат основой для построения живых систем. Такими органогенами являются водород (H), углерод (C), азот (N), кислород (O), фосфор (P) и сера (S). Они составляют примерно 98% весовой доли живых организмов. Аналогично этому, из миллионов возможных органических соединений в построении организмов в земных условиях принимают участие лишь несколько сотен. В ходе предбиотической эволюции происходит отбор тех органических структур, которые отличаются особой активностью и своим содействием усилению действия каталитических систем.

Азотистую природу белков химики поняли в первой половине 19 века. Белки в твердом состоянии белого цвета, а в растворе бесцветны, если только они не несут какой-нибудь окрашенной химической группы, как, например, белок гемоглобин (греч. гемо –кровь, и лат. globus - шар), содержащийся в красных кровяных тельцах. В сравнении с другими соединениями молекулярная масса белков чрезвычайно велика.

Азот – лежит в основе аминокислот – важнейшего для живых систем вида сложноорганизованных химических соединений. Этимология корня амино -: В древности в Оазисе Аммониум в ливийской пустыне получали химическое газообразное соединение азота с водородом NH_{3 -} аммиак (водный раствор аммиака – нашатырный спирт). Аминами химики назвали продукты замещения в аммиаке одного атома водорода то есть в основе аминокислот лежит соединение NH₂, которое составляет разные молекулярные комбинации с соединениями углерода, водорода и кислорода. В состав белков человеческого организма входят всего 20 аминокислот, из миллионов их возможных вариаций.

Из очень длинных цепочек аминокислот складывается молекула белка. На поверхности огромной, по меркам макромира молекулы белка, при правильной укладке цепей возникают определенной формы полости, в которых размещены реакционноспособные химические группы. С помощью такого строении белки способны играть роль катализаторов избранных то есть строго определенных химических реакций. Ключевую роль в катализе и метаболизме (обмене веществ) играют белки названные ферментами (от лат. fermentum - закваска). Если белок – фермент, то другая, обычно меньшая, молекула какого-то вещества входит в вышеуказанную молекулярную полость подобно тому, как ключ входит в замок; при этом меняется конфигурация электронного облака молекулы под влиянием находящихся в полости химических групп, и это вынуждает ее определенным образом реагировать. Таким способом фермент катализирует реакцию. В молекулах белков антител, выполняющих в организме иммунную то есть защитную функцию тоже имеются полости, в которых различные чужеродные вещества связываются и тем самым обезвреживаются (от латинского immunis – свободный от чего-либо, не тронутый).

Систематичное научное изучение ферментов начал знаменитый французский биолог, медик и химик Луи ПАСТЕР (1822—1895). Он предложил метод предохранения вина от порчи – пастеризацию – тепловая обработка держать при контролируемой постоянной высокой температуре несколько секунд. Пастеризацию стали примять затем в производстве других продуктов питания (пива, молока, соков). Л.Пастер окончательно опроверг путём эксперимента представления о возможности самозарождения живых существ в современных условиях.

Исследовал ряд заразных болезней животных и человека, окончательно и установил, что они вызываются специфическими возбудителями. На основе развитого им представления об искусственном иммунитете в 1880-е предложил и ввёл в медицинскую практику метод предохранительных прививок.

Л.Пастер открыл, что молекул аминокислот является зеркальным отображением другой, и что это свойство отсутствует у неорганических веществ. В конце 19 века Пастер, конечно, ещё не имел чётко представления молекулярной структуре органических веществ, органическая химия ещё только зарождалась. Тем не менее, изучая вещества биологического происхождения, он обнаружил, что такие вещества способны вращать поляризованный электромагнитный луч, причём всегда влево. Неорганические молекулы расположены всегда симметрично и поэтому электромагнитный луч, имеющий заряд не будет вращаться, отражаясь от разнопулюсной структуры молекул, как это происходит в органических веществах. На основе своих опытов Л.Пастер высказал мысль, что важнейшим свойством всей живой материи является молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Ответа на вопрос, почему живая природа выбрала белковые молекулы, построенные из аминокислот именно левого вращения, до сих нет. Гипотезы на этот счёт указывают на геомагнитные или какие-либо космические факторы в процессе зарождения жизни.

Лайнус ПОЛИНГ (1901–1994), американский химик и физик. В середине 1930-х годов Л.Полинг сформулировал теорию строения и функции белка и положил начало изучению атомной и молекулярной структуры белков и аминокислот Полинг и его ученики использовали методы рентгеновской кристаллографии для анализа белков в биологических тканях. Они обнаружили, что цепи аминокислот в белке закручены одна вокруг другой таким образом, что образуют спираль. Это описание трехмерной структуры белков стало значительном прорывом в биохимии. В 1954 Л.Полинг был удостоин Нобелевской премии по химии за исследования природы химической связи и структуры белков.

Из-за сложности строения белковых молекул и отсутствия достаточно точных данных о структуре большинства белков еще нет рациональной химической классификации белков. Относительно хорошо изучены лишь простые белки, состоящие только из остатков аминокислот. С середины 19 века для таких простейших или первичных белков используется термин «протеины» (от греч. protos – первый).

Дата добавления: 2014-01-14