Връзка между химия и биология
Химията на живота
И накрая, трябва да се има предвид решаващото значение, което производителността на труда на учения започва да играе в развитието на науката. Физическите методи са изиграли и продължават да играят революционна роля в химията в това отношение. Достатъчно е да сравним например времето, което органичният химик е изразходвал за установяване на структурата на синтезирано съединение чрез химически средства и това, което той прекарва сега, притежавайки арсенал от физични методи. Несъмнено този резерв за прилагане на постиженията на физиката далеч не се използва достатъчно.
Нека обобщим някои резултати. Виждаме, че физиката във все по-голям мащаб и все по-плодотворно навлиза в химията. Физиката разкрива същността на качествените химически закономерности, снабдява химията с перфектни инструменти за изследване. Относителният обем на физическата химия расте и няма причини, които да забавят този растеж.
Връзката между химия и биология
Добре известно е, че дълго време химията и биологията вървяха по свой собствен път, въпреки че дългогодишната мечта на химиците беше създаването на жив организъм в лаборатория.
Рязко укрепване на връзката между химията и биологията настъпи в резултат на създаването на A.M. Теорията на Бутлеров за химическата структура на органичните съединения. Водени от тази теория органичните химици влязоха в състезание с природата. Последващите поколения химици проявиха голяма изобретателност, труд, въображение и творческо търсене за насочен синтез на материята. Тяхното намерение не беше само да имитират природата, те искаха да я надминат. И днес можем уверено да твърдим, че в много случаи това е постигнато.
Прогресивното развитие на науката през 19 век, довело до откриването на структурата на атома и детайлно познаване на структурата и състава на клетката, отворихимици и биолози практическите възможности за съвместна работа по химичните проблеми на теорията на клетката, по въпросите за природата на химичните процеси в живите тъкани, за обусловеността на биологичните функции от химичните реакции.
Ако погледнете метаболизма в организма от чисто химична гледна точка, както казва А.И. Опарин, ще видим набор от голям брой сравнително прости и еднакви химични реакции, които се комбинират между добеи във времето, не се случват произволно, а в строга последователност, което води до образуването на дълги вериги от реакции. И този ред естествено е насочен към постоянно самосъхранение и самовъзпроизвеждане на цялата жива система като цяло в дадени условия на околната среда.
С една дума, такива специфични свойства на живите същества като растеж, размножаване, подвижност, възбудимост, способност да реагират на промените във външната среда са свързани с определени комплекси от химични трансформации.
Значението на химията сред науките, изучаващи живота, е изключително голямо. Химията разкри най-важната роля на хлорофила като химическа основа на фотосинтезата, хемоглобина като основа на дихателния процес, установена е химическата природа на предаването на нервната възбуда, определена е структурата на нуклеиновите киселини и др. Но основното е, че обективно химическите механизми лежат в самата основа на биологичните процеси, функциите на живите същества. всичко
функции и процеси, протичащи в живия организъм, се оказва възможно да се изразят на езика на химията под формата на специфични химични процеси.
Разбира се, би било погрешно да се свеждат явленията на живота до химически процеси. Това би било грубо механично опростяване. И поразително доказателство за това е спецификата на химичните процеси в живите системи в сравнение снеодушевени. Изследването на тази специфика разкрива единството и взаимовръзката на химичните и биологичните форми на движение на материята. Други науки, възникнали в пресечната точка на биологията, химията и физиката, говорят за същото: биохимията е наука за метаболизма и химичните процеси в живите организми; биоорганична химия - наука за структурата, функциите и начините на синтез на съединенията, които изграждат живите организми; физическа и химическа биология като наука за функционирането на сложни системи за предаване на информация и регулиране на биологични процеси на молекулярно ниво, както и биофизика, биофизична химия и радиационна биология.
Основните постижения на този процес са определянето на химичните продукти на клетъчния метаболизъм (метаболизъм в растения, животни, микроорганизми), установяването на биологични пътища и цикли на биосинтеза на тези продукти; осъществен е техният изкуствен синтез, разкрити са материалните основи на регулаторния и наследствен молекулярен механизъм и е изяснено до голяма степен значението на химичните процеси в енергийните процеси на клетката и живите организми като цяло.
В днешно време за химията става особено важно прилагането на биологичните принципи, в които е концентриран опитът за адаптиране на живите организми към условията на Земята в продължение на много милиони години, опитът за създаване на най-напредналите механизми и процеси. По този път вече има определени постижения.
Преди повече от век учените осъзнават, че в основата на изключителната ефективност на биологичните процеси е биокатализата. Затова химиците си поставят за цел да създадат нова химия, основана на каталитичния опит на живата природа. В него ще се появи нов контрол на химичните процеси, където ще се прилагат принципи, синтезът на подобни молекули, според принципа на ензимите, ще бъдеСъздадени са катализатори с такова разнообразие от качества, че далеч ще надминат съществуващите в нашата индустрия.
Въпреки факта, че ензимите имат общи свойства, присъщи на всички катализатори, те обаче не са идентични с последните, тъй като функционират в рамките на живите системи. Следователно всички опити да се използва опитът на живата природа за ускоряване на химичните процеси в неорганичния свят са изправени пред сериозни ограничения. Засега можем да говорим само за моделиране на някои от функциите на ензимите и използването на тези модели за теоретичен анализ на дейността на живите системи, както и за частично практическо приложение на изолирани ензими за ускоряване на някои химични реакции.
Тук най-обещаващата посока очевидно е изследването, насочено към прилагането на принципите на биокатализата в химията и химическата технология, за което е необходимо да се изучи целият каталитичен опит на живата природа, включително опитът от образуването на самия ензим, клетката и дори организма.
Теорията за саморазвитието на елементарни отворени каталитични системи, представена в най-обща форма от професор A.P. Руденко през 1964 г. е обща теория за химическата еволюция и биогенезата. Той решава въпроси за движещите сили и механизми на еволюционния процес, тоест за законите на химическата еволюция, за подбора на елементи и структури и тяхната причинно-следствена връзка, за височината на химическата организация и йерархията на химическите системи като следствие от еволюцията.
Теоретичната основа на тази теория е позицията, че химическата еволюция е саморазвитие на каталитичните системи и следователно катализаторите са еволюиращата субстанция. В хода на реакцията има естествен подбор на онези каталитични центрове, които иматнай-голяма активност. Саморазвитието, самоорганизацията и самоусложняването на каталитичните системи възникват поради постоянния приток на трансформируема енергия. И тъй като основният източник на енергия е основната реакция, каталитичните системи, развиващи се на базата на екзотермични реакции, получават максимални еволюционни предимства. Следователно основната реакция е не само източник на енергия, но и инструмент за избор на най-прогресивните еволюционни промени в катализаторите.