מאיצים ביולוגיים |
|
הם נקראים אנזימים. האנזימים הטהורים הראשונים שבודדו בשנות ה -30 של המאה העשרים בצורת גבישים התגלו כחלבונים, וכולם שהושגו אחר כך (כיום ישנם כאלפיים מהם) הם גם סוגים מיוחדים של חלבונים. כעת אנו יודעים כי אנזימים עדיפים לאין ערוך על זרזים מלאכותיים במובנים רבים. קודם כל, בכוח הפעולה. אלפי תגובות כימיות מתרחשות באורגניזמים חיים בהשתתפות אנזימים ללא טמפרטורות גבוהות ולחץ מליונים ומיליארדי פעמים מהר יותר מאשר בנוכחות הזרזים הכימיים הטובים ביותר. לאנזימים יש יתרון נוסף - החשוב ביותר. הם נבדלים מזרזים מלאכותיים ברציונליות המדהימה של מעשיהם, מכוונת בקפידה ויעילה ביותר. כל אנזים עובד בצורה אופטימלית, מבלי לחפש "פתרונות טכנולוגיים אופטימליים", כשהוא ממיר רק אחד או קבוצה של תרכובות הקשורות זה לזה. יתר על כן, הוא הופך לכיוון מוגדר בהחלט. אלה היכולות המדהימות שמצאו אנזימים. עם זאת, חוקרים, אפילו על סף המאה שלנו, ידעו רבות על תכונותיהם, ולא יכלו לענות על השאלה מה הם. נכון, גם אז מדענים בולטים כמו I. Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins היו משוכנעים שהפעילות החיונית של כל אורגניזם, מטבוליזם היא לא יותר ממכלול של אינספור תגובות כימיות המתרחשות בתאים חיים בסדר קפדני. . ואנזימים הם מסוג "שומרי הסדר" (או ליתר דיוק, מארגניו). מכאן שברור איזה תפקיד חשוב הם ממלאים בחילוף החומרים. והוא, בתורו, הוא הבסיס לכל הפונקציות הביולוגיות: תזונה, רבייה, התפתחות, תורשה, עצבנות, ניידות.
רעיון זה אושר במלואו. יתר על כן, התברר כי האיברים החשובים ביותר של התאים, הקשורים לסינתזת חלבונים, העברת חומרים, נשימה תאית, בנויים בעיקר מחלבוני אנזים מיוחדים. במילים אחרות, אנזימים ממוקמים בדיוק במקום בו הם נדרשים כמכשיר עדין של טרנספורמציה כימית. הקורא עשוי לשאול: האם זה כל כך חשוב, היכן איזה אנזים "רשום"? העיקר לדעת איך זה עובד. מתברר ש"טופוגרפיה "במקרה זה חשובה ביותר לא רק למדע, אלא גם לתרגול. אחרי הכל, אנזימים לא רק מזרזים את התגובות.הם עצמם, בתורם, מכוונים לפעולה של התרכובות הפעילות ביותר מבחינה ביולוגית - ויטמינים, הורמונים, אנטיביוטיקה, חומרים רפואיים ורעלים. האם עלי להסביר אילו לקוחות פוטנציאליים כרוכים בהגדרה המדויקת של "הקואורדינטות" של אנזימים מסוימים וביכולת להשפיע על פעולתם. לדוגמא, תרכובות אורגניות מורכבות שתוקפות את אחד האנזימים החיוניים לתפקודם של מרכזי עצבים הוכחו כטיפול חזק למספר מחלות עיניים ועצבים קשות. בהבנת המבנה והתפקודים של האנזימים, המדע מחפש דרכים לשליטה מעשית בתהליכים פיזיולוגיים ודרכים חדשות להגן על אורגניזמים חיים מפני השפעות מזיקות.
הסלקטיביות הבלתי מתחרת של פעולת האנזימים הופכת אותם לריאגנטים לא יסולא בפז לניתוח ביוכימי - מדידת התוכן של סוכר מסוים, חומצת אמינו וכו 'בתערובת מורכבת של תרכובות דומות, קשורות, וכן למטרות סינתזה אורגנית משובחת. לפיכך, השימוש בתכשירי אנזים (או בתאים מיקרוביאליים העשירים בהם) בתעשייה הוזיל את העלות של תכשירים ביוכימיים חשובים כמו חומצה אסקורבית והורמונים סטרואידים. כיום, במרבית המדינות המפותחות מבחינה טכנית, נוצרו מפעלים מיוחדים המייצרים תכשירים אנזימים. תרופות אלו משמשות בתחומים רבים בתעשיית האור, המזון והתרופות, ומעצימות ומפחיתות את עלות הייצור. לדוגמא, השימוש בהם יכול להעלות את הערך התזונתי של הזנה בגידול בעלי חיים. נראה כי האפשרויות לשימוש בתרופות כאלה הן אינסופיות. אך למעשה, למרות התכונות הקטליטיות המדהימות של אנזימים, השימוש המעשי בהם עד לאחרונה היה מוגבל יחסית. גורם? חוסר היציבות של האנזימים והקושי להפריד אותם מתוצרי התגובה. זה ביטל את השימוש החוזר באנזימים והפך את השיטה הזו לרווחית במקרים רבים. לאחרונה התגברו על החסרונות הללו במידה רבה. השיטה של מה שנקרא immobilization של אנזימים עזרה כאן. מה אם אנזים לא יציב מחובר באמצעות קשרים כימיים חזקים או שיטות אחרות לנשאים שאינם מסיסים פולימרים מסוגים שונים - נגזרות של תאית, פלסטיק להחלפת יונים, כוסות נקבוביות, ג'לים אורגנו-סיליקט? עיקרון זה מזכיר במקצת השתלת זנים דרומיים של עצי תפוח לאלה צפוניים עמידים בפני כפור. אבל, כמובן, זה רק מזכיר לי מרחוק. הנה מאזניים שונים, מנגנונים שונים, הרבה יותר עדינים. והשאלה היא די טבעית כאן: האם התכונות החשובות של אנזימים נשמרות בכלל לאחר שבוצעו בהם פעולות כאלה? והתברר: כן, הם כן. יתר על כן, אנזימים משותקים, תוך שמירה על חלק משמעותי בפעילות הקטליטית שלהם, במקרים רבים יש יציבות מוגברת משמעותית.
לא במקרה נתמכות כעת תקוות גדולות בענף המחקר החדש הזה - מה שמכונה "פרמנטולוגיה הנדסית". הוא מבטיח לפשט משמעותית ענפים רבים וליצור ענפים חדשים מיסודם. למרות העלויות הנוספות לייצור אנזימים משותקים, האפשרות לשימוש חוזר בהם הופכת את הטכנולוגיה החדשה למוצדקת כלכלית. מדענים מצפים שבעתיד באמצעות אנזימים משותקים ניתן יהיה לפתור מספר בעיות מורכבות של לא רק סינתזה אורגנית משובחת, אלא גם אנרגיה כימית, למשל, ליצירת מערכות ביו-קטליטיות לקיבוע חנקן אטמוספרי, סינתזה. של דלק אורגני נוזלי מפחמן דו חמצני וגז טבעי. מובן מאליו שהפתרון של בעיות יישומיות כאלה ואחרות הקשורות לזרז ביולוגי אפשרי רק ברמת מחקר בסיסית מספיק על מבנה ותפקוד האנזימים. הכימיה והביוכימיה של אנזימים מעורבים במכוני מחקר רבים ובמוסדות להשכלה גבוהה. מדענים מקומיים תרמו מספר תרומות עיקריות ומוכרות בעולם לתחום מדע זה. האדם נכנס לתחרות עם הטבע באזורים שנראו בלתי נגישים מיסודם רק אתמול. שולט בסודות האנזימים, מכריח אותם לשרת את עצמם, להגביר את רווחתם, להגן על בריאותם, הוא כותב דף חדש בספר הידע הגדול שלנו על העולם. א בראונשטיין |
כפי שמעידים האגדות והסיפורים העממיים של העת העתיקה, אנשים מימים ימימה הכינו יין ממיץ ענבים, הכינו גבינה מחלב חמוץ, היכו אויבים וחיות בר בחצים, שקצותיהם היו רוויים ברעל קטלני. האדם צפה והשתמש בתמורות מדהימות רבות המתרחשות באורגניזמים חיים ובחומרים שנלקחו מהם, כגון קרישת דם, הבשלה (ופירוק) של בשר, דגים ומוצרי צמחים. אבל למה כל זה קורה, הוא לא יכול היה להסביר הרבה זמן. רק בתחילת המאה ה -19 התגלו בחפצים ביולוגיים חומרים פעילים הגורמים לתמורות כאלה.
אחרי הכל, לשם מה "הזרים המסתוריים" האלה - אנזימים? נדרשו שנים של עבודה, השתקפות וניסויים לפני שהתברר כי באורגניזמים הם לא רק מאיצים תגובות מטבוליות, אלא משמשים גם כלים חשובים לחלקים ה"פועלים "של התאים. זה הוצג לראשונה בשנות ה -30 של המאה הקודמת על ידי V. Engelhardt ו- M. Lyubimova. הם גילו כי החלבון המתכווץ בשריר והאנזים המשחרר אנרגיה להתכווצות זהים. אנגלהרדט הציע כי אנזימים יהוו חלק חיוני מכל מסת החלבונים התאיים.
כיום ידועים יותר מחמש מאות ליקויים מטבוליים מולדים בבני אדם, שהגורם להם הוא הפרה תורשתית, קבועה גנטית של סינתזת אנזים מסוים. כך, למשל, היעדרות מולדת של אנזים המזרז את השלב האחרון של הביוסינתזה של חומצת האמינו טירוזין, מוביל לשיבוש חד בהתפתחות הגופנית והנפשית של ילדים. פגמים ביצירת אנזימים מסוימים של חילוף החומרים בסוכר גורמים להפרעות מסוכנות ביציבות תאי הדם.
אתה מבין מה ניתן לעשות אם מקומם של הזרזים של ימינו, גסים למדי, "גמישים" בהשוואה לאנזימים, נתפסים בתעשייה, בחקלאות, ברפואה על ידי מאיצים חדשים ומעכבי תגובה בעלי כל האיכויות הטובות ביותר של אנזימים, אך באותה עת ההתנגדות של זרזים מלאכותיים. אם "קנטאורים" כאלה "נרתמים" כראוי למשק, נאלצים לעבוד על צרכיו במסירות מלאה, הדבר יכול להוביל לעלייה רצינית ביעילות הייצור.
| לסודות החיים (נקודות מבט של גנטיקה) | סטפן פטרוביץ 'קרשניניקוב |
|---|
מתכונים חדשים
