55. Эволюционная концепция в химии. Почему эволюционную химию можно назвать «предбиологией»?

Природа в процессе эволюции живых организмов создала своеобразные химические технологии, необычайной эффектив­ности. При изучении химизма живой природы биохимией и молекулярной биологией было установлено, что состав и структура биополимерных молекул представляют собой еди­ный набор для всех живых существ, вполне доступный для исследования физическими и химическими методами. С дру­гой стороны, было установлено, что в живых системах осу­ществляются такие типы химических превращений, какие никогда не обнаруживались в живом мире.

Важнейшее значение в современной химии придается про­блеме поиска эффективных катализаторов для множества про­цессов химической технологии. Между тем давно уже было установлено, что основой химии живого являются каталити­ческие химические реакции, т.е. биокатализ. Химизм жи­вой природы являлся идеалом для исследователей: «Подража­ние живой природе есть химизм будущего!» Этот девиз, кото­рый был провозглашен академиком А.Е. Арбузовым в 1930 г., является целеполагающей идеей развития эволюционной кон­цепции в химии.

Интенсивные исследования последнего времени направ­лены на выяснение механизмов химических превращений, присущих живой материи. Химиков-органиков интересуют перспективы синтеза сложных веществ, аналогов органичес­ких соединений, образующихся в живых организмах; биоло­гов — вещественная и функциональная основы жизнедеятель­ности; исследователи-медики пытаются выяснить биохимичес­кие границы между нормой и патологией в организме. Объединяет все эти работы концептуальное представление о ведущей роли ферментов, биорегуляторов в процессе жизне­деятельности. Эта идея, предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Пастером в XIX в., остается осно­вополагающей и сегодня.

Изучив принципы, заложенные эволюцией в химизм жи­вой природы, можно использовать их для развития химичес­кой науки и технологии. Чрезвычайно плодотворным с этой точки зрения является исследование ферментов и раскрытие тонких механизмов их действия. Ферменты — это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществ­ляются многочисленные химические реакции, которые благо­даря каталитическому действию ферментов могут идти с боль­шой скоростью при температурах, подходящих для данного организма, то есть в пределах примерно от 5 до 40 °С. (Чтобы эти реакции протекали вне организма, потребовалась бы их активация за счет высокой температуры или иных факторов активации. Для живой клетки такие условия означали бы ги­бель.) Следовательно, ферменты можно определить как биологические катализаторы. Биокатализаторы обладают высо­кой селективностью (избирательностью) — один фермент ка­тализирует обычно только одну реакцию. По принципу биокатализаторов будут созданы искусственные катализаторы.

Биокатализ нельзя отделить от проблемы биогенеза (проис­хождения жизни), какой бы трудной она ни являлась. Задача изучения и освоения всего многообразия каталитических процессов в живой природе — это пролог эволюционной химии. Уже обозначены основные подходы к освоению каталитичес­кого опыта живой природы.

Проблемы моделирования биокатализаторов показали не­обходимость детального изучения химической эволюции, то есть Установления закономерностей самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся к тому же более высокоорганизованными продуктами по срав­нению с исходными веществами. В 1960-х гг. было обнаруже­но явление самосовершенствования катализаторов в ходе ре акции (тогда, как обычно, катализаторы в процессе их работы дезактивировались, ухудшались и выбрасывались). Речь идет о проявлении самоорганизации в химическом процессе. Здесь понятие «самоорганизация» означает такое изменяющееся состояние химической системы, которому присущи все более высокие уровни сложности и упорядоченности. Про­блема биологической самоорганизации (и биологической эво­люции) оказывается самым непосредственным образом свя­зана с проблемой химической самоорганизации (и химичес­кой эволюции). Одна из задач химии, а именно, самого новейшего ее направления — эволюционной химии, понять, как из неорга­нической материи возникает жизнь. Поэтому эволюционную хи­мию можно назвать «предбиологией».