Творцы точных наук. Русские химики. В.И.Палладин, А.Н.Бах

«Рассказы о русском первенстве» — читайте интересные статьи из этой книги, с продолжениями! Вы узнаете о реальном вкладе русских ученых и изобретателей в развитие мировой  науки и техники.

Химическая наука позволила создать много удивительных материалов с совершенно новыми, отсутствующими у природных, свойствами.

Мы можем гордиться тем, что многие из важнейших глав этой науки созданы нашими соотечественниками — русскими химиками.

Дыхание — необходимое условие существования живого организма.

Русские ученые В.И.Палладии и А.Н.Бах сняли покров тайны с этого сложного жизненного процесса.

В.И. Палладии посвятил много лет изучению проблемы дыхания. Он понимал, что от правильного объяснения процесса дыхания зависит нормальное развитие многих научных дисциплин. Организм — это не просто «печка», где сжигаются углеводы. Чисто количественное определение дыхания как «медленного горения», существовавшее в науке со времен Лавуазье, не удовлетворяло Палладина. Оно было односторонним и механическим. Русский ученый видел в дыхании качественно своеобразный процесс.

Многолетние работы Палладина дали совершенно новое решение вопросов. Он доказал, что окислением в процессе дыхания управляют ферменты — особые вещества живого организма, играющие в нем роль катализаторов. С их помощью в организме происходит разложение сложных веществ на простые. С их помощью производится и синтез сложных веществ из простых.

Большая роль ферментов в процессе дыхания была доказана академиком Палладиным на следующем примере. В убитых замораживанием, нагреванием или механическим воздействием клетках растительных организмов продолжается еще в течение некоторого времени выделение углекислоты и поглощение кислорода. Это ферменты воспроизводят процесс дыхания даже после того, как убиты жизненные свойства протоплазмы.

Весь свой колоссальный научный труд Палладин выразил в двух небольших формулах. Эти классические формулы дыхания, вошедшие во все физиологические руководства мира, показывают, что процесс дыхания состоит из двух частей. Сначала углеводы под влиянием ферментов распадаются на углекислоту и водород, причем последний тут же захватывается ферментами. Кислород в этой первой части процесса дыхания никакой роли не играет. Его очередь наступает лишь во второй части процесса, где действие его сводится к тому, что он восстанавливает активность ферментов — переносчиков, освобождая их от водорода. Водород, отнятый от ферментов, соединяясь с кислородом, образует воду.

Таким образом, углеводы окисляются не путем сжигания их кислородом воздуха, как это думали раньше, а путем отщепления от них водорода, который кислородом воздуха сжигается до воды.

Не сразу принял научный мир замечательное открытие Палладина. Около двадцати лет шли в науке споры и дискуссии о процессе дыхания, и все-таки теория, созданная русским ученым, восторжествовала.

Исключительно интересные открытия, развившие далее учение о дыхании, сделал академик А. И. Опарин.  Он первый выделил в чистом виде распространенное в высших растениях химическое вещество — хлорогеновую кислоту. Она оказалась промежуточным катализатором в процессе дыхания растений. В живых клетках теперь найдены и другие катализаторы, в том числе аскорбиновая кислота, известная как витамин С. Наряду с этим открыты и изучены многочисленные ферменты. Такое разнообразие промежуточных катализаторов и ферментов объясняется тем, что дыхательный процесс возник на сравнительно поздних этапах эволюции живой материи. А отсюда и различающиеся своими деталями дыхательные органы у различных представителей живого мира вырабатывают и различные ферменты.

Биохимия — так называется наука, занимающаяся химией жизненных процессов, — зародилась на грани соприкосновения химии и физиологии. Работы русских ученых — в области физиологии растений В.И. Палладина и в области химии азотистых веществ живого организма В.С.Гулевича — были первыми ростками новой науки. Окончательно утвердил и оформил ее в конце прошлого столетия гениальный ученый Алексей Николаевич Бах.

В те времена, когда считалось, что органические вещества создаются только живыми организмами, задачи биологической химии сводили к пассивному изучению химического состава живой материи, из которой построены клетки.

Бах рассуждал по-иному. Биохимия изучает не вещество, — это задача органической химии, а химические процессы, протекающие в живых клетках. В них в результате процесса дыхания происходит разложение сложных веществ на простые, выделившаяся же энергия поддерживает жизненно необходимые химические процессы в организме. Таким образом, химические процессы и связанные с ними превращения энергии лежат в основе главнейших жизненных явлений. Изучение этого и составляет предмет биохимии.

При мышечном сокращении механические процессы тесно переплетаются с химическими. Деятельность нерва также сопровождается химическими реакциями. Концы его выделяют специфические вещества — адреналин, ацетилхолин.

Особенностью химических процессов в организме, как доказали Палладии и Бах, является то, что они протекают при обыкновенной температуре с помощью ферментов.

Одной из важных вех в истории биохимии была работа А. Н. Баха об усвоении углекислоты растениями. Мы знаем, что А. М. Бутлеров показал, как под воздействием щелочи формальдегид превращается в сахаристое вещество. После этого немецкий ученый Байер создал свою гипотезу об усвоении углекислоты хлорофильными растениями. По теории Байера свет и хлорофилл расщепляют молекулу углекислоты на окись углерода и кислород. А окись углерода потом восстанавливается водородом в формальдегид.

Но гипотеза Байера, признанная тогда наукой как наиболее вероятная, была сменена теорией молодого русского ученого А. Н. Баха.

В 1893 году он писал «Если основные принципы ассимиляции углекислоты, которые выдвигает гипотеза Байера, не вызывают сомнений, то объяснение, которое она дает химическому механизму этого явления, совершенно неудовлетворительно».

А. Н. Бах по-новому объяснил ассимиляцию углекислоты зелеными растениями. Окислительно-восстановительная реакция, протекающая за счет элементов воды, дает возможность одной молекуле углекислоты соединиться с двумя атомами водорода и образовать формальдегид. Две другие молекулы углекислоты с остатком молекулы воды — гидроксилом — дают надугольную кислоту, которая является источником выделяющегося молекулярного кислорода.

Объяснив процесс, лежащий в основе образования органических веществ в природе, теория Баха в то же время показала, каким образом растения, используя солнечную энергию и питательные вещества почвы, создают молекулярный кислород и «пополняют» им нашу атмосферу.

А. Н. Бах раскрыл также тайну процесса, обратного ассимиляции —  расщепления органических веществ в живой клетке организма.

Органические вещества — углеводы, белки, жиры — внутри организма окисляются до углекислоты и воды. Но вне организма окисление этих веществ может идти лишь при высоких температурах, исключающих возможность жизни. Как же совместить столь противоречивые данные?

А. Н. Бах считает, что молекула кислорода, за счет которого происходит окисление органического вещества, не распадается на атомы, в ней разрывается лишь одна связь, но целостность молекулы сохраняется. Получается активизированный кислород, который с окисляемым телом образует перекись.

Перекисная теория, созданная А. Н. Бахом, сыграла выдающуюся роль в решении ряда научных и хозяйственных проблем.

Бах и его ученики показали, что в основе многих производственных процессов лежит ферментативное превращение сырья в готовый продукт. Эти работы Баха и его школы выросли в новый раздел науки — «техническую биохимию».

…При помоле зерна, скручивании чайного листа, затирании солода, раздавливании виноградной ягоды, сушке табака и т. д. разрушаются живые ткани сырья, но заключенные в нем ферменты сохраняются в активном состоянии. И именно они обусловливают те химические изменения, которые происходят в созревающем тесте, пивном заторе, ферментирующемся табаке, чае…

В течение многих веков производство вина, табака, чая основывалось на рецептах, полученных из практики. Сущность же процессов, происходящих при изготовлении этих продуктов, оставалась неизвестной. Раскрыв тайну изменений чая, табака, винограда при их переработке, учение Баха помогло разрешить ряд важных практических задач.

Известно, что чем старее вино, тем оно лучше. Но старение вина требует многих лет. Академик А. И. Опарин открыл, что небольшое количество окислительного фермента пероксидазы, добавленного в вино, сильно сокращает время его старения, не снижая качества вина. То, что  требовало многих лет, производится теперь в течение нескольких недель или месяцев.

Очень эффективным оказалось использование ферментов при переработке табака и чая. Руководствуясь теорией Баха, советский ученый Смирнов определил наилучшие условия влажности, температуры, интенсивности воздухообмена и указал, как управлять процессом томления табака. Теперь способ Смирнова широко используется нашей промышленностью.

Работы академика Опарина и других советских ученых раскрыли суть превращений, происходящих в чайном листе во время его переработки. Эти работы легли в основу получения высококачественного чая.

Замечательных результатов достигли советские ученые и в области хлебопечения, где ферментативные процессы используются для оценки качества муки, улучшения хлебопекарных свойств её и т д.

Изучение ферментов привело к необычайно важным последствиям. Наукой были открыты «двери» в мир растительных организмов. А это позволило вмешиваться в природу растений, переделывать её…

Целый ряд свойств различных растений — их урожайность, сахаристость, скороспелость, устойчивость к морозу и засухе — регулируется теперь направленным действием ферментов.

Чрезвычайно важное свойство ферментов открыл академик А. И. Опарин. Оказывается, один и тот же фермент, находясь в живой клетке, может и разрушать и созидать органическое вещество. Если он находится в протоплазме, как в растворе, то он действует разрушающе, если он находится в связанном состоянии на уплотненных частях протоплазмы, то он действует созидающе.

Ферменты вырабатываются в организме эндокринными железами. Активность их не всегда одинакова. Понижение ее влечет за собой болезненные последствия. Предполагают, что витамины являются теми веществами, которые повышают активность ферментов. Это своего рода катализаторы катализаторов. Будучи определенным химическим соединением, различные витамины воздействуют только на определенные ферменты. Вот почему в ослабленный организм требуется вводить разнообразные витамины, чтобы каждый из них возбуждал определенный фермент.

Советские биохимики достигли выдающихся успехов и в области изучения витаминов. Найдены способы сушки овощей, при которых в них сохраняются  все витамины, открыты новые виды сырья для производства витаминов; изучена сфера применения витаминов в лечебном деле и создано производство синтетических витаминов.

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.79-82.