Pemecut biologi

Seperti yang disaksikan oleh legenda dan kisah-kisah kuno, orang-orang sejak dahulu lagi menyediakan anggur dari jus anggur, membuat keju dari susu masam, memukul musuh dan binatang liar dengan anak panah, yang ujungnya dipenuhi dengan racun yang mematikan. Manusia telah mengamati dan menggunakan banyak transformasi yang luar biasa yang berlaku dalam organisma hidup dan bahan-bahan yang diambil darinya, seperti pembekuan darah, pematangan (dan penguraian) produk daging, ikan dan tumbuhan. Tetapi mengapa semua ini berlaku, dia sudah lama tidak dapat menjelaskan. Baru pada awal abad ke-19 bahan aktif ditemui dalam objek biologi yang menyebabkan perubahan tersebut.

Mereka dipanggil enzim. Enzim murni pertama yang diasingkan pada 30-an abad kedua puluh dalam bentuk kristal ternyata menjadi protein, dan semua yang diperoleh kemudian (kini terdapat kira-kira dua ribu daripadanya) juga merupakan jenis protein khas.

Kita sekarang tahu bahawa enzim lebih unggul daripada pemangkin buatan dalam banyak cara. Pertama sekali, dengan kekuatan aksi. Beribu-ribu reaksi kimia berlaku pada organisma hidup dengan penyertaan enzim tanpa suhu tinggi dan tekanan berjuta-juta dan berbilion kali lebih cepat daripada kehadiran pemangkin kimia terbaik.

Enzim mempunyai kelebihan lain - yang paling penting. Mereka berbeza dengan pemangkin buatan dalam rasionalitas tindakan mereka yang jelas, diarahkan dengan ketat dan paling berkesan. Setiap enzim berfungsi dengan optimum, tanpa mencari "penyelesaian teknologi optimum", menukar hanya satu atau sekumpulan sebatian yang berkait rapat. Lebih-lebih lagi, ia berubah mengikut arah yang ditentukan dengan ketat.

Ini adalah kebolehan luar biasa yang ditemui oleh enzim. Walau bagaimanapun, mengetahui banyak tentang sifat mereka, para penyelidik, bahkan di ambang abad kita, tidak dapat menjawab persoalannya. Benar, walaupun begitu saintis terkemuka seperti I. Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins yakin bahawa aktiviti penting mana-mana organisma, metabolisme tidak lebih dari sekumpulan reaksi kimia yang tidak terhitung jumlahnya yang berlaku di sel-sel hidup yang diperintahkan dengan ketat . Dan enzim adalah jenis "penjaga ketenteraman" (atau lebih tepatnya, penganjurnya). Oleh itu, jelaslah betapa pentingnya peranan mereka dalam metabolisme. Dan pada gilirannya, ia adalah asas dari semua fungsi biologi: pemakanan, pembiakan, perkembangan, keturunan, mudah marah, mobiliti.

Lagipun, untuk apa enzim "orang asing misterius" ini? Perlu bertahun-tahun kerja, refleksi, dan eksperimen sebelum menjadi jelas bahawa dalam organisma mereka tidak hanya mempercepat reaksi metabolik, tetapi juga berfungsi sebagai alat penting untuk bahagian-bahagian sel yang "berfungsi". Ini pertama kali ditunjukkan pada 30-an abad yang lalu oleh V. Engelhardt dan M. Lyubimova. Mereka mendapati bahawa protein kontraktil otot dan enzim yang membebaskan tenaga untuk pengecutan adalah serupa. Engelhardt mencadangkan bahawa enzim merupakan bahagian penting dari keseluruhan jisim protein selular.

Idea ini disahkan sepenuhnya. Selain itu, ternyata organ sel yang sangat penting, yang berkaitan dengan sintesis protein, pemindahan zat, pernafasan sel, masing-masing dibina terutamanya dari protein enzimatik khas. Dengan kata lain, enzim diletakkan tepat di mana ia diperlukan sebagai instrumen transformasi kimia yang halus.

Pembaca boleh bertanya: adakah begitu penting, di manakah enzim yang "didaftarkan"? Perkara utama adalah mengetahui bagaimana ia berfungsi. Ternyata "topografi" dalam kes ini sangat penting bukan hanya untuk sains, tetapi juga untuk praktik. Bagaimanapun, enzim tidak hanya mempercepat reaksi.Mereka sendiri, pada gilirannya, disasarkan oleh tindakan sebilangan besar sebatian aktif biologi - vitamin, hormon, antibiotik, bahan ubat dan racun.

Adakah saya perlu menjelaskan prospek apa yang dipenuhi dengan definisi tepat "koordinat" enzim tertentu, dan kemampuan untuk mempengaruhi tindakannya. Sebagai contoh, sebatian organik kompleks yang menyerang salah satu enzim yang penting untuk fungsi pusat saraf telah terbukti menjadi rawatan yang kuat untuk beberapa penyakit mata dan saraf yang teruk. Menjelaskan struktur dan fungsi enzim, sains mencari kaedah kawalan praktikal proses fisiologi dan cara baru untuk melindungi organisma hidup dari kesan berbahaya.

Pada masa kini, lebih daripada lima ratus kecacatan metabolik kongenital pada manusia diketahui, penyebabnya adalah keturunan, pelanggaran yang ditentukan secara genetik terhadap sintesis enzim tertentu. Oleh itu, sebagai contoh, ketiadaan enzim kongenital yang mempercepat tahap terakhir biosintesis asam amino tirosin menyebabkan gangguan mendadak dalam perkembangan fizikal dan mental kanak-kanak. Kecacatan dalam pembentukan enzim tertentu metabolisme gula mengakibatkan gangguan berbahaya dalam kestabilan sel darah.

Selektivitas tindakan enzim yang tiada tandingannya menjadikannya reagen yang tidak ternilai untuk analisis biokimia - mengukur kandungan gula, asid amino, dan lain-lain dalam campuran kompleks sebatian yang serupa, dan juga untuk tujuan sintesis organik halus. Oleh itu, penggunaan sediaan enzim (atau sel mikroba yang kaya dengannya) dalam industri telah mengurangkan kos persediaan biokimia penting seperti asid askorbik dan hormon steroid berkali-kali.

Hari ini, di kebanyakan negara maju secara teknikal, syarikat khusus telah dibuat yang menghasilkan persiapan enzim. Ubat ini digunakan di banyak bidang industri ringan, makanan dan farmaseutikal, meningkatkan dan mengurangkan kos pengeluaran. Sebagai contoh, penggunaannya dapat meningkatkan nilai pemakanan makanan dalam penternakan.

Nampaknya kemungkinan penggunaan ubat-ubatan tersebut tidak ada habisnya. Tetapi sebenarnya, walaupun sifat enzim pemangkin yang luar biasa, penggunaan praktikalnya hingga akhir-akhir ini agak terhad. Sebab? Ketidakstabilan enzim dan kesukaran memisahkannya dari produk tindak balas. Ini menghilangkan penggunaan semula enzim dan menjadikan kaedah ini tidak menguntungkan dalam banyak kes.

Baru-baru ini, kekurangan ini telah diatasi. Kaedah yang disebut imobilisasi enzim membantu di sini. Bagaimana jika enzim yang tidak stabil dilampirkan menggunakan ikatan kimia yang kuat atau dengan cara lain kepada pembawa larut polimer dari pelbagai sifat - derivatif selulosa, plastik pertukaran ion, gelas berliang, gel organosilikat? Prinsip ini agak mengingatkan pada cantuman varietas pokok epal selatan ke varietas utara yang tahan fros. Tetapi, tentu saja, itu hanya mengingatkan saya dari kejauhan. Berikut adalah skala yang berbeza, mekanisme yang berbeza dan lebih halus. Dan persoalannya cukup wajar di sini: adakah kualiti enzim yang sangat berharga dapat dikekalkan sama sekali setelah operasi sedemikian dijalankan?

Dan ternyata: ya, memang begitu. Lebih-lebih lagi, enzim yang tidak bergerak, sementara mengekalkan sebahagian besar aktiviti pemangkin, dalam banyak kes mempunyai peningkatan kestabilan yang ketara.

Anda memahami apa yang dapat dilakukan jika tempat pemangkin masa kini, agak kasar, "tidak fleksibel" dibandingkan dengan enzim, diambil dalam industri, pertanian, perubatan oleh pemecut baru dan penghambat reaksi yang mempunyai semua kualiti enzim terbaik, tetapi pada masa yang sama rintangan pemangkin buatan. Sekiranya “centaur” seperti itu benar-benar dimanfaatkan ke dalam ekonomi, dipaksa bekerja untuk keperluannya dengan penuh dedikasi, ini dapat menyebabkan peningkatan efisiensi produksi yang serius.

Bukan suatu kebetulan bahawa harapan besar sekarang disematkan pada cabang penyelidikan baru ini - yang disebut "fermentologi kejuruteraan". Ia berjanji untuk menyederhanakan banyak industri dan membuat yang baru secara asasnya. Walaupun terdapat kos tambahan untuk pengeluaran enzim yang tidak bergerak, kemungkinan penggunaannya berulang kali menjadikan teknologi baru itu dapat dibenarkan secara ekonomi.

Para saintis menjangkakan bahawa dengan penggunaan enzim yang tidak bergerak pada masa akan datang dapat menyelesaikan sejumlah masalah kompleks bukan hanya sintesis organik halus, tetapi juga tenaga kimia, misalnya, untuk penciptaan sistem biokatalitik untuk menetapkan nitrogen atmosfera, sintesis bahan api organik cecair dari karbon dioksida dan gas asli.

Tidak perlu dikatakan bahawa penyelesaian masalah ini dan masalah lain yang berkaitan dengan pemangkin biologi hanya mungkin dilakukan dengan tahap kajian asas yang cukup tinggi mengenai struktur dan fungsi enzim. Kimia dan biokimia enzim terlibat di banyak institusi penyelidikan dan institusi pendidikan tinggi. Para saintis domestik telah memberikan sejumlah sumbangan utama yang diiktiraf di peringkat antarabangsa untuk bidang sains ini.

Manusia memasuki persaingan dengan alam di kawasan-kawasan yang nampaknya tidak dapat diakses hanya semalam. Menguasai rahsia enzim, memaksa mereka untuk melayani diri mereka sendiri, untuk meningkatkan kesejahteraan mereka, untuk melindungi kesihatan mereka, dia menulis halaman baru dalam buku besar pengetahuan kita tentang dunia.

A. Braunstein

Penerbitan serupa

Apa itu sangkar?

Bagaimana struktur protein dibina

Impuls saraf dan RNA