Biyolojik hızlandırıcılar

Antik çağın efsaneleri ve halk hikayeleri tanıklık ettiği gibi, çok eski zamanlardan beri insanlar üzüm suyundan şarap hazırladılar, ekşi sütten peynir yaptılar, düşmanları ve uçları ölümcül zehirle doymuş oklarla vahşi hayvanları vurdular. İnsan, canlı organizmalarda ve onlardan alınan materyallerde meydana gelen, kanın pıhtılaşması, et, balık ve bitki ürünlerinin olgunlaşması (ve ayrışması) gibi birçok şaşırtıcı dönüşümü gözlemlemiş ve kullanmıştır. Ama tüm bunların neden olduğunu uzun süre açıklayamadı. Biyolojik nesnelerde bu tür dönüşümlere neden olan aktif maddeler ancak 19. yüzyılın başında keşfedildi.

Enzimler denir. Yirminci yüzyılın 30'lu yıllarında kristal şeklinde izole edilen ilk saf enzimlerin protein olduğu ortaya çıktı ve daha sonra elde edilenlerin hepsi (şimdi yaklaşık iki bin tane var) aynı zamanda özel protein türleridir.

Artık enzimlerin birçok yönden yapay katalizörlerden ölçülemeyecek kadar üstün olduğunu biliyoruz. Her şeyden önce, eylemin gücüyle. Canlı organizmalarda, yüksek sıcaklık ve baskıya sahip olmayan enzimlerin katılımıyla, en iyi kimyasal katalizörlerin varlığından milyonlarca ve milyarlarca kat daha hızlı gerçekleşen binlerce kimyasal reaksiyon gerçekleşir.

Enzimlerin bir avantajı daha var - en önemlisi. Yapay katalizörlerden, eylemlerinin çarpıcı rasyonalitesinde, katı bir şekilde yönlendirilmiş ve en etkili şekilde farklılık gösterirler. Her enzim, "optimal teknolojik çözümler" aramadan, yalnızca bir veya bir grup yakından ilişkili bileşiği dönüştürerek optimum şekilde çalışır. Dahası, kesin olarak tanımlanmış bir yönde dönüşür.

Bunlar, enzimlerin sahip olduğu şaşırtıcı yeteneklerdir. Ancak, özellikleri hakkında çok şey bilen araştırmacılar, yüzyılımızın eşiğinde bile, ne oldukları sorusuna cevap veremediler. Doğru, o zamanlar bile I.Pavlov, A.Bach, E. Fischer, F. Hopkins gibi önde gelen bilim adamları, herhangi bir organizmanın hayati aktivitesinin, metabolizmanın, canlı hücrelerde kesin olarak düzenlenmiş bir dizi sayısız kimyasal reaksiyondan başka bir şey olmadığına ikna olmuşlardı. . Ve enzimler bir tür "düzenin koruyucularıdır" (veya daha doğrusu düzenleyicileri). Dolayısıyla metabolizmada ne kadar önemli bir rol oynadıkları açıktır. Ve sırayla, tüm biyolojik işlevlerin temelidir: beslenme, üreme, gelişme, kalıtım, sinirlilik, hareketlilik.

Sonuçta, bu "gizemli yabancılar" - enzimler ne için? Organizmalarda sadece metabolik reaksiyonları hızlandırmakla kalmayıp aynı zamanda hücrelerin "çalışan" kısımları için önemli araçlar olarak hizmet ettikleri anlaşılmadan önce yıllarca çalışma, düşünme ve deneyler yapıldı. Bu ilk kez geçen yüzyılın 30'larında V. Engelhardt ve M. Lyubimova tarafından gösterildi. Kas kasılma proteini ile kasılma için enerji salan enzimin aynı olduğunu buldular. Engelhardt, enzimlerin tüm hücresel protein kütlesinin önemli bir parçasını oluşturduğunu öne sürdü.

Bu fikir tamamen doğrulandı. Dahası, protein sentezi, madde transferi ve hücresel solunum ile ilişkili son derece önemli hücre organlarının her birinin esas olarak özel enzimatik proteinlerden yapıldığı ortaya çıktı. Başka bir deyişle, enzimler, kimyasal dönüşümün ince bir aracı olarak tam olarak ihtiyaç duyuldukları yere yerleştirilir.

Okuyucu şu soruyu sorabilir: Bu kadar önemli mi, hangi enzimin "kayıtlı" olduğu? Önemli olan, nasıl çalıştığını bilmektir. Bu durumda "topografyanın" sadece bilim için değil, aynı zamanda uygulama için de son derece önemli olduğu ortaya çıktı. Sonuçta, enzimler sadece reaksiyonları hızlandırmaz.Sırasıyla, biyolojik olarak aktif bileşiklerin çoğunun - vitaminler, hormonlar, antibiyotikler, tıbbi maddeler ve zehirler - etkisiyle hedeflenirler.

Hem belirli enzimlerin "koordinatlarının" tam tanımıyla, hem de eylemlerini etkileme yetenekleriyle hangi beklentilerin yüklü olduğunu açıklamam gerekiyor mu? Örneğin, sinir merkezlerinin işleyişi için gerekli olan enzimlerden birini hedefleyen karmaşık organik bileşiklerin bazı ciddi göz ve sinir hastalıkları için güçlü bir tedavi olduğu kanıtlanmıştır. Enzimlerin yapısını ve işlevlerini aydınlatan bilim, fizyolojik süreçlerin pratik kontrolünün yollarını ve canlı organizmaları zararlı etkilerden korumanın yeni yollarını arıyor.

Günümüzde, insanlarda beş yüzden fazla konjenital metabolik kusur bilinmektedir, bunun nedeni kalıtsal, genetik olarak belirlenmiş bir enzimin sentezinin ihlalidir. Bu nedenle, örneğin, amino asit tirozinin biyosentezinin son aşamasını hızlandıran bir enzimin doğuştan yokluğu, çocukların fiziksel ve zihinsel gelişiminde keskin bir bozulmaya yol açar. Bazı şeker metabolizması enzimlerinin oluşumundaki kusurlar, kan hücrelerinin stabilitesinde tehlikeli bozukluklara neden olur.

Enzimlerin etkisinin eşsiz seçiciliği, onları biyokimyasal analiz için paha biçilmez reaktifler yapar - benzer, ilgili bileşiklerin karmaşık bir karışımındaki belirli bir şekerin, amino asidin vb. İçeriğinin ölçülmesi ve ayrıca ince organik sentez amaçları için. Bu nedenle, endüstride enzim preparatlarının (veya bunlardan zengin mikrobiyal hücrelerin) kullanılması, askorbik asit ve steroid hormonlar gibi önemli biyokimyasal preparatların maliyetini kat kat azaltmıştır.

Günümüzde, teknik olarak gelişmiş ülkelerin çoğunda, enzim preparatları üreten özel işletmeler oluşturulmuştur. Bu ilaçlar hafif, gıda ve ilaç endüstrisinin birçok alanında kullanılmakta, üretim maliyetini yoğunlaştırmakta ve düşürmektedir. Örneğin, bunların kullanılması, hayvancılıkta yemin besin değerini artırabilir.

Bu tür ilaçları kullanma olasılıklarının sonsuz olduğu anlaşılıyor. Fakat aslında enzimlerin olağanüstü katalitik özelliklerine rağmen, yakın zamana kadar pratik kullanımları nispeten sınırlıydı. Sebep olmak? Enzimlerin kararsızlığı ve onları reaksiyon ürünlerinden ayırmanın zorluğu. Bu, enzimlerin yeniden kullanımını dışladı ve çoğu durumda bu yöntemi kârsız hale getirdi.

Son zamanlarda, bu eksiklikler büyük ölçüde giderildi. Enzimlerin sözde hareketsizleştirilmesi yöntemi burada yardımcı oldu. Kararsız bir enzim, güçlü kimyasal bağlar kullanılarak veya başka yollarla çeşitli tabiatların polimerik çözünmeyen taşıyıcılarına - selüloz türevleri, iyon değişim plastikleri, gözenekli camlar, organosilikat jeller - bağlanırsa ne olur? Bu ilke, güney elma çeşitlerinin dona dayanıklı kuzey çeşitlerine aşılanmasını biraz anımsatmaktadır. Ama tabii ki bana uzaktan hatırlatıyor. İşte farklı ölçekler, farklı, çok daha ince mekanizmalar. Ve buradaki soru oldukça doğaldır: Bu tür işlemler yapıldıktan sonra enzimlerin değerli nitelikleri korunmuş mu?

Ve ortaya çıktı: evet, onlar. Ayrıca, hareketsizleştirilmiş enzimler, katalitik aktivitelerinin önemli bir bölümünü korurken, birçok durumda önemli ölçüde artırılmış bir stabiliteye sahiptir.

Endüstride, tarımda, tıpta enzimlere göre oldukça kaba ve "esnek olmayan" katalizörlerin yeri, enzimlerin en iyi niteliklerine sahip yeni hızlandırıcılar ve reaksiyon geciktiriciler tarafından alınırsa ne yapılabileceğini anlıyorsunuz. yapay katalizörlerin direncini zamanla. Bu tür "at adamlar" ekonomiye gerektiği gibi "koşutulursa", ihtiyaçları için tam adanmışlıkla çalışmaya zorlanırlarsa, bu, üretim verimliliğinde ciddi bir artışa yol açabilir.

Bu yeni araştırma dalına - sözde "mühendislik fermentolojisi" üzerine büyük umutların bağlanması bir tesadüf değil. Pek çok sektörü önemli ölçüde basitleştirmeyi ve temelde yenilerini yaratmayı vaat ediyor. Hareketsizleştirilmiş enzimlerin üretimi için ek maliyetlere rağmen, bunların tekrar tekrar kullanılma olasılığı yeni teknolojiyi ekonomik olarak haklı kılmaktadır.

Bilim adamları, gelecekte hareketsizleştirilmiş enzimlerin kullanılmasıyla, yalnızca ince organik sentezin değil, aynı zamanda, örneğin atmosferik nitrojeni sabitlemek için biyokatalitik sistemlerin oluşturulmasına yönelik kimyasal enerjinin de bir dizi karmaşık problemini çözmenin mümkün olacağını bekliyorlar. karbondioksit ve doğal gazdan elde edilen sıvı organik yakıt.

Biyolojik katalizle ilgili bunların ve diğer uygulamalı sorunların çözümünün ancak enzimlerin yapısı ve işlevi üzerine yeterince yüksek düzeyde temel araştırma ile mümkün olduğunu söylemeye gerek yok. Enzimlerin kimyası ve biyokimyasında birçok araştırma enstitüsü ve üniversite yer almaktadır. Yerli bilim adamları, bu bilim alanına çok sayıda uluslararası kabul görmüş katkılarda bulundular.

İnsan, daha dün temelde erişilemez görünen alanlarda doğa ile rekabete girdi. Enzimlerin sırlarına hakim, kendilerini hizmet etmeye, refahlarını artırmaya, sağlıklarını korumaya zorlayarak, dünya hakkındaki bilgilerimizin büyük kitabına yeni bir sayfa yazıyor.

A. Braunstein

Benzer yayınlar

Kafes nedir?

Protein yapıları nasıl inşa edilir?

Sinirsel dürtüler ve RNA