ОСНОВЫ БИОХИМИИ. ХРЕСТОМАТИЯ - Г. А. Севрюкова - 2018
ГЛАВА 1. ИЗ ИСТОРИИ О СТАНОВЛЕНИИ БИОХИМИИ КАК НАУКИ. ТЕОРИИ ЗАРОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
Профессионал отличается от дилетанта тем, что знает своих предшественников.
1.1. Биохимия - наука о молекулярных основах «живых систем»
Биохимия - это фундаментальная наука о химическом составе и свойствах «живых систем», метаболических и обменных процессах внутри «живой системы», лежащих в основе поддержания жизни.
Одним из представителей научного сообщества, повлиявшим на становление и развитие биологической химии является Николай Иванович Вавилов (рис. 1). Будучи советским биологом, генетиком, географом, одним из первых организаторов и руководителей биологической науки в Советском союзе, академиком Академии наук СССР, он в начале ХХ века выступил против академика Трофима Денисовича Лысенко, так как не разделял его невежественные умозаключения.
Рис. 1. Николай Иванович Вавилов (1887-1943)
Трофим Денисович Лысенко («лысенковщина») считал, что искусственным путем можно вывести абсолютно любые растения, в том числе в результате влияния природной среды. Отрицал общепризнанную теорию хромосомной наследственности.
«Лысенковщина» - кампания по преследованию генетиков, отрицанию генетики и запрету генетических исследований, проходившая в СССР примерно с середины 1930-х до первой половины 1960-х годов. В более широком смысле - любое административное преследование ученых за их «политически некорректные» научные взгляды.
Начиная с 1939 года, при негласной поддержке высшего руководства страны Т. Д. Лысенко и его сторонники проводили настоящий разгром генетической науки в СССР. В 1940 году арестовали и Н. И. Вавилова, находившегося в это время в научной экспедиции. Он был снят со всех постов и сослан в лагеря на Колыму. Следствие по его делу продолжалось долго, но и в заключении Николай Иванович Вавилов не прекращал научной работы. Ученый умер в тюрьме 26 января 1943 года. Посмертно реабилитирован. Руководимый им институт получил его имя. Учреждена золотая медаль его имени за выдающиеся успехи в сельском хозяйстве.
Еще одним из основоположников отечественной экспериментальной биологии является Николай Константинович Кольцов (рис. 2). Биолог, член-корреспондент Петербургской Академии наук (1916 г.), академик Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук им. В. И. Ленина (1935 г.), организатор и первый директор (1917-1939 гг.) Института экспериментальной биологии. Н. К. Кольцов первым в 1928 году разработал гипотезу молекулярного строения и матричной репродукции хромосом («наследственные молекулы»), предвосхитившую принципиальные положения современной молекулярной биологии и генетики.
Рис. 2. Николай Константинович Кольцов (1872-1940)
В декабре 1936 года была созвана специальная сессия ВАСХНИЛ для борьбы с «буржуазной генетикой». В защиту генетики выступили Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов и другие видные ученые.
Н. К. Кольцов обратился с письмом к президенту ВАСХНИЛ, в котором написал об ответственности всех ученых за состояние науки в стране, но в ответ 26 марта 1937 года на общем собрании актива ВАСХНИЛ на Н. К. Кольцова обрушился гнев за «политически вредные» теории по генетике и евгенике.
Генетика - наука о наследственности и изменчивости организмов.
Евгеника - теория о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Различают позитивную и негативную евгенику.
Работы, критикующие «лысенковщину», послужили главным предлогом для преследования Н. К. Кольцова. Его уволили с поста директора Института экспериментальной биологии, оставив за ним его лабораторию. Умер Кольцов в Ленинграде от инфаркта.
В этот период драматических событий для биологии, когда оказывалось очень сильное давление на ученых, когда были изгнаны с биологических факультетов носители современного научного знания по биологии, рядом ученых, в том числе И. Г. Петровским, ректором Московского государственного университета, С. П. Капицей, были предприняты попытки спасения биологии как науки.
В непростой период противостояний в биологической науке была очень популярна теория о физических основах живой материи. Исследования, направленные на раскрытие физических или химических явлений в живых организмах, и стали «отправной точкой» возникновения новых направлений в биологической науке (физика, химия - науки о природе; биофизика или биохимия - науки о живой природе).
Предмет курса «Основы биохимии»: молекулярные основы процессов жизнедеятельности.
Основная задача курса «Основы биохимии» - раскрыть молекулярные основы жизни и дать представление о тех конкретных путях, которыми живая природа решает целый ряд практических задач, а также помочь студентам - будущим высококвалифицированным специалистам в полной мере оценить важнейшую проблему, стоящую перед человечеством - сохранения живой природы и здоровья человека.
В основе всех «живых систем» лежат процессы обмена веществ и энергии. Эти процессы состоят в совокупности из химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в живом организме и во всех его структурах.
Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое вещество от неживой природы, мир живых существ от неорганического мира. «...И у неорганических тел может происходить обмен веществ, потому что повсюду происходят, хотя бы и очень медленным образом, химические действия. Но разница заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования.» Жизнь возможна лишь до тех пор, пока происходит обмен веществ, который поддерживает существование живой протоплазмы и влечет за собой ее самообновление. Прекращение процессов обмена веществ имеет следствием смерть, разрушение протоплазмы и необратимое расщепление характерных для нее химических, в первую очередь белковых, соединений.
С обменом веществ и энергии связаны все физиологические функции: рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание и выделение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды. Основу любой физиологической функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом.
1.2. Теории зарождения жизни
Проблема возникновения жизни на Земле не перестает быть актуальной и в настоящее время. Существуют несколько теорий зарождения жизни.
Теория адсорбции. Идея о возникновении жизни на матрицах абиогенных кристаллов принадлежит известному философу и кристаллографу Дж. Берналу. Зарождение жизни или появления первичных примитивных организмов связано с адсорбцией химически активных веществ на мельчайших частицах глины, образовавшихся из древних горных пород и осевших в устьях рек, которые омывались морскими приливами. В 1933 году высказывается предположение, о том, что живая клетка, по существу, представляет собой жидкий кристалл.
Уильям Мартин из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (Германия), и Майкл Рассел из Центра изучения окружающей среды, Университет Шотландии, Глазго (Великобритания) утверждают, что первые живые организмы на Земле могли появиться внутри камней, выстилающих дно океана. Предположение У. Мартина и М. Рассела по сравнению с другими гипотезами возникновения жизни на Земле уникально тем, что возникновению клетки предшествовало возникновение белков и самореплицирующихся молекул.
С током горячей воды в ячейки попадают ионы аммония (NH4+) и монооксид углерода (CO), при этом сульфид железа выступает в роли одного из катализаторов синтеза органических веществ из неорганических веществ. Простые соединения концентрировались в «камерах» из сульфида железа, что могло привести к возникновению сложных молекул - белков и нуклеиновых кислот.
Низкотемпературная теория или теория остывания. Работа известных румынских ученых К. Симионеску и Ф. Денеша посвящена химическим аспектам возникновения жизни. Согласно их модели основным источником энергии, инициировавшим первоначальные химически процессы, была холодная плазма, вызывающая образование активных частиц - радикалов в газовой среде при низком атмосферном давлении. Рекомбинация активных частиц на матрицах кристаллов привела к возникновению макромолекулярных соединений и далее протобиополимеров.
Вулканическая модель предбиологического синтеза Л. Мухина. Критически относясь к роли УФ - излучения в формировании мономеров - предшественников сложных органических молекул, он отдает предпочтение вулканическим процессам на примитивной Земле. Считает, что вулкан не только источник энергии, но и поставщик компонентов, необходимых для синтеза органических молекул (метан, аммиак, водород). В зонах подводного вулканизма и гидротерм в силу значительных градиентов температуры и давления создаются условия, благоприятные для сохранения синтезированных органических молекул. Многочисленные природные катализаторы и сорбенты могут способствовать накоплению и дальнейшей эволюции органических соединений.
Однако рассмотренная модель, как и все предыдущие, не дает ответа на вопрос, как возникли жизнь, генетический код и механизм воспроизведения живых систем. Отсутствие такого ответа заставило Ф. Крика и Л. Оргела предложить модель направленной панспермии, которая объясняет происхождение жизни на Земле целенаправленной деятельностью внеземных цивилизаций, возраст которых больше возраста Солнца, а Дж. Бергера считать, что генетический код, как реликт, достался нам в наследство от живых систем предыдущего цикла Вселенной.
Учитывая накопившиеся знания о структуре клетки и механизмах ее воспроизведения, многие ученые, занимающиеся проблемой зарождения жизни на Земле, считают, что возникновение «живой материи» необходимо рассматривать через проблему возникновения клетки, а не ее фрагментов. Клетка - это «миллионное сообщество» молекул, сформировавших единый жидкокристаллический комплекс. Отдельные фрагменты данного комплекса, в том числе вирусы или фаги, не являются жизнеспособными. Поэтому, ответив на вопрос, каким образом и почему клетка является апериодическим, гомеостатическим, самовоспроизводящимся жидким кристаллом, сможем понять, как возникла жизнь. На сегодняшний день ответа на поставленные вопросы нет.