Acceleradors biològics

Com testimonien les llegendes i els contes populars de l’antiguitat, la gent des de temps immemorials ha preparat vi a partir de suc de raïm, ha fet formatge a partir de llet agra, ha colpejat amb fletxes els enemics i els animals salvatges, les puntes dels quals estaven saturades de verí mortal. L'home ha observat i utilitzat moltes transformacions sorprenents que es produeixen en els organismes vius i en els materials que se'n prenen, com la coagulació de la sang, la maduració (i la descomposició) de carn, peix i productes vegetals. Però per què passa tot això, no va poder explicar-ho durant molt de temps. Només a principis del segle XIX es van descobrir substàncies actives en objectes biològics que causen aquestes transformacions.

Es diuen enzims. Els primers enzims purs aïllats als anys 30 del segle XX en forma de cristalls van resultar ser proteïnes, i tots els obtinguts més tard (ara n’hi ha uns dos mil) també són tipus especials de proteïnes.

Ara sabem que els enzims són immensament superiors als catalitzadors artificials de moltes maneres. En primer lloc, per la força de l’acció. Milers de reaccions químiques es produeixen en organismes vius amb la participació d’enzims sense temperatures i pressions elevades milions i milers de milions de vegades més ràpides que en presència dels millors catalitzadors químics.

Els enzims tenen un altre avantatge: el més important. Es diferencien dels catalitzadors artificials per la sorprenent racionalitat de les seves accions, estrictament dirigides i més efectives. Cada enzim funciona de manera òptima, sense buscar "solucions tecnològiques òptimes", convertint només un o un grup de compostos estretament relacionats. A més, es transforma en una direcció estrictament definida.

Aquestes són les increïbles habilitats que han trobat els enzims. Tot i això, sabent molt de les seves propietats, els investigadors, fins i tot al llindar del nostre segle, no van poder respondre a la pregunta de què són. És cert, fins i tot llavors científics tan destacats com I. Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins estaven convençuts que l'activitat vital de qualsevol organisme, el metabolisme, no és res més que un conjunt d'innombrables reaccions químiques que es produeixen a les cèl·lules vives. estrictament ordenat. I els enzims són el tipus d '"agents de l'ordre" (o millor dit, els seus organitzadors). Per tant, queda clar quin paper important tenen en el metabolisme. I ell, al seu torn, és la base de totes les funcions biològiques: nutrició, reproducció, desenvolupament, herència, irritabilitat, mobilitat.

Al cap i a la fi, per a què serveixen aquests "misteriosos desconeguts": enzims? Van passar anys de treball, reflexió i experimentació abans que es fes evident que en els organismes no només acceleren les reaccions metabòliques, sinó que també serveixen com a eines importants per a les parts "que treballen" de les cèl·lules. Això es va mostrar per primera vegada als anys 30 del segle passat per V. Engelhardt i M. Lyubimova. Van trobar que la proteïna contràctil muscular i l'enzim que allibera energia per a la contracció són idèntics. Engelhardt va suggerir que els enzims constitueixen una part essencial de tota la massa de proteïnes cel·lulars.

Aquesta idea es va confirmar plenament. A més, va resultar que els òrgans extremadament importants de les cèl·lules, associats a la síntesi de proteïnes, la transferència de substàncies, la respiració cel·lular, es construeixen principalment a partir de proteïnes enzimàtiques especials. En altres paraules, els enzims es col·loquen exactament allà on es necessiten com a instrument subtil de transformació química.

El lector pot preguntar-se: és tan important, on és quin enzim està "registrat"? El més important és saber com funciona. Resulta que la "topografia" en aquest cas és extremadament important no només per a la ciència, sinó també per a la pràctica. Al cap i a la fi, els enzims no només acceleren les reaccions.Ells mateixos, al seu torn, estan dirigits per l’acció de la majoria dels compostos biològicament actius: vitamines, hormones, antibiòtics, substàncies medicinals i verins.

He d'explicar quines perspectives estan plenes de definició exacta de les "coordenades" de certs enzims i de la capacitat d'influir en la seva acció. Per exemple, els compostos orgànics complexos que ataquen un dels enzims essencials per al funcionament dels centres nerviosos han demostrat ser un poderós tractament per a diverses malalties oculars i nervioses greus. Elucidant l’estructura i les funcions dels enzims, la ciència busca formes de control pràctic dels processos fisiològics i noves formes de protegir els organismes vius dels efectes nocius.

Actualment, es coneixen més de cinc-cents defectes metabòlics congènits en humans, la causa dels quals és una violació hereditària, determinada genèticament, de la síntesi d’un determinat enzim. Així, per exemple, l’absència congènita d’un enzim que accelera l’última etapa de la biosíntesi de l’aminoàcid tirosina condueix a una forta interrupció del desenvolupament físic i mental dels nens. Els defectes en la formació de certs enzims del metabolisme del sucre produeixen pertorbacions perilloses en l’estabilitat de les cèl·lules sanguínies.

La selectivitat insuperable de l’acció dels enzims els converteix en reactius inestimables per a l’anàlisi bioquímica: mesurar el contingut d’un determinat sucre, aminoàcid, etc. en una barreja complexa de compostos similars relacionats, així com a efectes de síntesi orgànica fina. Així, l’ús de preparats enzimàtics (o cèl·lules microbianes riques en ells) a la indústria ha reduït el cost de preparats bioquímics tan importants com l’àcid ascòrbic i les hormones esteroides.

Avui en dia, a la majoria dels països tècnicament desenvolupats, s’han creat empreses especialitzades que produeixen preparats enzimàtics. Aquests medicaments s’utilitzen en moltes àrees de la indústria lleugera, alimentària i farmacèutica, intensifiquen i redueixen el cost de producció. Per exemple, el seu ús pot augmentar el valor nutritiu dels pinsos en la ramaderia.

Sembla que les possibilitats d’usar aquestes drogues són infinites. Però, de fet, malgrat les notables propietats catalítiques dels enzims, el seu ús pràctic fins fa poc era relativament limitat. Causa? La inestabilitat dels enzims i la dificultat de separar-los dels productes de reacció. Això va eliminar la reutilització d’enzims i va fer que aquest mètode fos poc rendible en molts casos.

Recentment, aquestes mancances s’han superat en gran mesura. El mètode de l'anomenada immobilització dels enzims va ajudar aquí. Què passa si un enzim inestable s’uneix mitjançant forts enllaços químics o per altres mitjans a portadors insolubles polimèrics de diverses naturaleses: derivats de cel·lulosa, plàstics d’intercanvi iònic, gots porosos, gels organosilicats? Aquest principi recorda una mica l’empelt de varietats del sud de pomeres a varietats del nord resistents a les gelades. Però, per descomptat, només em recorda des de la distància. Aquí hi ha diferents escales, diferents mecanismes molt més subtils. I la pregunta és ben natural aquí: quines són les valuoses qualitats dels enzims que es conserven després de realitzar-les?

I va resultar: sí, ho són. A més, els enzims immobilitzats, tot i que conserven una part important de la seva activitat catalítica, en molts casos tenen una estabilitat significativament augmentada.

Enteneu què es pot fer si el lloc dels catalitzadors actuals, bastant gruixut, "inflexible" en comparació amb els enzims, es pren a la indústria, l'agricultura, la medicina mitjançant nous acceleradors i retardadors de reaccions que tenen totes les millors qualitats dels enzims, però al mateix temps la resistència dels catalitzadors. Si aquests "centaures" són adequadament "aprofitats" a l'economia, obligats a treballar per a les seves necessitats amb plena dedicació, això pot conduir a un augment seriós de l'eficiència productiva.

No és casualitat que ara s’estableixin grans esperances en aquesta nova branca de la investigació: l’anomenada “fermentologia d’enginyeria”. Promet simplificar significativament moltes indústries i crear-ne de noves fonamentalment. Tot i els costos addicionals per a la producció d'enzims immobilitzats, la possibilitat del seu ús repetit fa que la nova tecnologia estigui justificada econòmicament.

Els científics esperen que amb l’ús d’enzims immobilitzats en el futur es puguin resoldre diversos problemes complexos no només de síntesi orgànica fina, sinó també d’energia química, per exemple, a la creació de sistemes biocatalítics per fixar el nitrogen atmosfèric, síntesi de combustible orgànic líquid a partir de diòxid de carboni i gas natural.

No cal dir que la solució d’aquests i altres problemes aplicats relacionats amb la catàlisi biològica només és possible amb un nivell suficientment alt d’investigació fonamental sobre l’estructura i la funció dels enzims. La química i la bioquímica dels enzims participen en molts instituts de recerca i institucions d’ensenyament superior. Els científics nacionals han fet diverses contribucions importants i reconegudes internacionalment a aquest camp de la ciència.

L’home va entrar en competència amb la natura en àrees que semblaven fonamentalment inaccessibles només ahir. Dominar els secrets dels enzims, obligar-los a servir-se, augmentar el seu benestar i protegir la seva salut, escriu una nova pàgina al gran llibre del nostre coneixement sobre el món.

A. Braunstein

Publicacions similars

Què és una gàbia?

Com es construeixen les estructures proteiques

Impulsos neuronals i ARN