ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Лглооерспий. Нуклеиновые кислоты и биосинтез белка из "Новое в химии" В программе нашей партии четко сформулирована основная цель советского народа — построение коммунистического общества. В настоящее время основной экономической задачей партии и народа является создание материально-технической базы коммунизма. Мы должны широко развивать наиболее прогрессивные направления в технике и важнейшие отрасли народного хозяйства в целом. Химическая промышленность является одной из таких отраслей. [c.9] До 1970 г. в химическую промышленность и комплексную химизацию сельского хозяйства будет вложено 42 млрд. рублей. [c.9] При современном бурном развитии химии трудно предвидеть все новые открытия и достижения этой науки, но можно сформулировать основные, наиболее перспективные пути ее развития в ближайшие годы. [c.10] Химические превраш ения, т. е. процессы получения из исходных материалов (сырья) новых веществ (продуктов), обладающих существенно иными свойствами, являются основным и наиболее характерным предметом химии и как науки и как производства. Течение химических процессов теснейшим образом связано с составом и строением исходных и конечных веществ, строением атомов, молекул, радикалов. Изучение строения индивидуальных соединений и связь между строением и реакционной способностью веществ— вторая основная задача химии. Практически нам нужно научиться направлять химические процессы не на получение любых веществ, а на получение материалов и препаратов с заданным комплексом механических, физических, химических или биологических свойств. Поэтому третья задача химии заключается в установлении связи между составом и строением химических соединений и всем разнообразием их свойств. При современном развитии наук эта третья задача уже не является специфической только для химии в части механических и физических свойств вещества в ее разрешении будут участвовать физики, а в части биологических сво ств — биохимики, биофизики, физиологи, вирусологи и представители других биологических наук. Этим и определяется теснейшая связь между химией и двумя соседними с ней областями естествознания — физикой и биологией. [c.10] Однако все углубляющаяся дифференциация наук, их резкая обособленность приводили к известному застою, к ограниченности знании. Успехи науки в XX в. связаны с преодолением этой ограниченности и с возвращением к синтезу наук на высоком уровне. Энгельс — провозвестник этого третьего этана (тезис, антитезис, синтез) — подчеркивал необходимость ликвидации разрывов между отдельными науками, соответствующими разным формам движения материи. Он говорил, что отдельные науки с необходимостью должны вытекать одна из другой, подчеркивал необходимость тщательного изучения природы переходов одних форм движения в другие, он призывал ученых сосредоточить внимание именно на разработке вопросов, одновременно касающихся физики и химии, химии и биологии и т. д. [c.11] И действительно, опыт развития естествознания в XX в. показал, что именно при изучении этих типов переходов были сделаны важнейшие открытия. [c.11] Вопросы химизации народного хозяйства, вопросы крутого подъема нашей химической промышленности и науки были предметом обсуждения ряда пленумов ЦК КПСС. Партия поставила решение этих вопросов как основную задачу на ближайшие годы. При огромных капиталовложениях в строительство химических заводов, в химизацию всех отраслей народного хозяйства мы должны и можем создать самую передовую в мире химическую промышленность. Вот здесь-то и встает перед учеными ответственная и почетная задача — на базе самых высоких теоретических достижений науки заложить основы самых совершенных и самых новейших технологических процессов получения материалов и препаратов наиболее высокого качества и притом наиболее экономичным путем. Для решения этой задачи есть два пути. [c.12] Только идя этими путями, можно коренным образом совершенствовать существующие процессы и быстрыми темпами со.здавать новые отечественные процессы. В научных планах надо руководствоваться тем, чтобы все работы были направлены либо на поиск и решение самых крупных и основных задач теоретической науки, либо на создание научных основ важнейших промышленных процессов. Надо безжалостно отбросить все те научные направления, которые являются второстепенными с точки зрения науки или практики, такого рода работы, что называется ни богу свечка, ни черту кочерга . [c.13] Среди разнообразных проблем техники и экономики отчетливо выделяются три главные 1) увеличение выработки энергии, особенно в наиболее благородной ее форме — электроэнергии, 2) развитие автоматики и механизации, 3) химизация промышленности и сельского хозяйства. Все три проблемы отличаются своей универсальностью. Нет такой отрасли народного хозяйства, где не было бы надобности в энергии, в автоматике, где не было бы химии. Поэтому-то и говорят об электрификации, механизации, автоматизации и химизации народного хозяйства. До сих пор развитие нашей химической промышленности несколько отставало от США, и это отрицательным образом сказывалось на всем народном хозяйстве. На это было обращено внимание еще на майском Пленуме 1958 г. и в решениях ХХП съезда КПСС. Однако, несмотря на большие успехи, темпы оказались все еще недостаточными, и декабрьский Пленум ЦК 1963 г. наметил их резкое увеличение. В свете этих решений постараемся хотя бы кратко охарактеризовать основные научные и научно-технические задачи, стоящие перед учеными-химиками. [c.13] Изучение строения молекул и твердых тел в первую очередь направлено на определение положения атомов и характерных химических групп (радикалов) в пространстве. Одновременно необходимо знать распределение и движение электронов, определяюш,ие характер химических сил, связываюш,их один атом с другим, уметь определять энергию соответствующих связей и природу валентности, взаимное влияние атомов и групп, передачу этого влияния вдоль органической и неорганической молекулы в связи с реакционной способностью вещества. Во многих случаях надо знать значения энергии разрыва тех или иных связей с образованием радикалов, энергии отрыва электрона или иона от молекулы и т. п. Для всех этих исследований приходится применять тончайшие методы, разрабатывать новые, создавать соответствующие приборы. [c.14] Развитие методов исследования обеспечивается блестящими успехами физики. В последние годы наряду с усовершенствованием таких методов, как хроматография , радиоспектроскопия, масс-спектроскопия,элек-троно- и нейтронография, радиоактивационный анализ, появились и принципиально новые способы исследования строения вещества, основанные, например, на эффекте Мессбауэра (открытом в 1958 г.) или даже на чисто ядерных явлениях — аннигиляции позитронов, которые, взаимодействуя с электронами, превращаются в гамма-лучи. [c.14] Число химических соединений — ныне известных и тех, которые еще будут открыты,— практически безгранично. Было бы совершенно безнадежно да и бессмысленно пытаться понять строение каждой молекулы заново, в отрыве от всех других. К счастью, многообразие свойств химических соединений поддается четкой классификации по гомологическим рядам, по характеру атомов-заместителей, по свойствам функциональных групп, вносящим специфические, свойственные только им черты в любые соединения. Б результате оказывается возможным создавать хотя бы качественные теории, описывающие влияние всяческих изменений функционального состава молекул на их строение и свойства. [c.15] Развитие таких теорий в больщой мере поможет предсказывать, предугадывать, какие новые соединения могут быть синтезированы и какие из них будут обладать тем или иным комплексом нужных свойств. В особой степени это относится к элементоорганической, и в еще большей — к неорганической химии, где понятие валентности, в противоположность органической химии, еще весьма неопределенно. Но, с другой стороны, именно здесь многообразие необычных валентных связей позволяет надеяться на получение веществ с совершенно новыми и очень ценными в практике свойствами. В связи с этим можно вспомнить о специфических комплексных соединениях, используемых в качестве катализаторов с необычными свойствами, близкими к свойствам ферментов, о новых полупроводниковых материалах, вроде арсенида галлия, и сверхпроводниках типа сплавов олово — ниобий. Познание природы валентных связей в неорганических соединениях должно, наконец, привести к созданию широкого круга неорганических полимеров. [c.15] Но мы должны не только знать строение вещества, но и научиться получать молекулы заданного состава и строения, т. е. уметь провести реакцию таким образом, чтобы каждый атом попал па заранее отведенное ему место. Если изучение строения вещества подобно созданию архитектурного проекта, то синтез этого вещества подобен возведению здания из строительных элементов, реальному осуществлению архитектурного проекта. Конечно, мы не можем взять атом в руки и поставить его, куда мы хотим, создавая таким образом пушную нам структуру молекулы, как это делают строители зданий. Атомы сами складываются в молекулы тем или иным способом в зависимости от условий, в которых проводится реакция. Поэтому задача химиков сводится к подбору таких условий реакции, при которых получаются нужные нам химические вещества соответствующего строения, а значит, и свойств. [c.16] В свое время, как известно, предполагалось, что химические превращения сводятся к непосредственному взаимодействию молекул. Одним пз основных достижений химической кинетики XX в. является открытие того, что огромное большинство химических процессов — это сложные многоактные превращения, в которых решающую роль играют весьма реакционноспособныв короткоживущие промежуточные продукты, особенно свободные радикалы , ионы и комплексы. Эти активные центры создаются из молекул, и их образование и дальнейшее поведение теснейшим образом связаны со строением реагирующих молекул. Отсюда ясно, что теория строения сохраняет свое фундаментальное зна- чение и для сложных химических процессов, причем ) 5 дной пз ее важнейших задач становится определение С состава и строения этих активных частиц и изучение элементарных актов их взаимодействия с молекулами расходных веществ. [c.17] Хотя многие химические процессы протекают значительно сложнее, чем полагалось ранее, и соответственно этому усложнилась теория химической кинетики, но именно это обстоятельство открыло новые возможности управления ходом процесса посредством влияния различных факторов на свободные радикалы, ионы и комплексы, ведущие процесс. [c.17] Для всех сложных процессов большое значение имеет среда, в которой протекают изучаемые реакции, например растворитель в случае жидкой фазы. Влияние среды подлежит серьезному теоретическому исследованию из-за практической важности этого вопроса. [c.17] Если во всех изложенных примерах выбор условий, снособствуюш,их получению желательного продукта, основывался па использовании естественных кинетических закономерностей, то применение катализаторов позволяет изменить сам ход процесса. При каталитических реакциях посторонняя искусственно созданная матрица позволяет производить принудительную укладку реагирующих молекул, такую укладку, которая обеспечивает нужное направление процесса. Однако применение обычных катализаторов — далеко не совершенный способ получения веществ с заданной структурой оно ограничено, в сущности, получением лишь простейших соединений. Совсем иным путем идут каталитические процессы в живом организме, где синтез даже самых сложнейших соединений, например белков или нуклеиновых кислот, осуществляется с необычной точностью, где отсутствуют какие-либо отклонения от формирования заранее заданных сложнейших структурных единиц . Такой синтез подобен точной штамповке тончайших конструкций или радиосхем. Во всех таких синтезах основную роль играют биологические катализаторы — ферменты. [c.18] Биокатализаторы интересны еще и с другой точки зрения реакции, катализируемые ими, протекают с достаточной скоростью при обычных температурах и давлениях многие реакции в присутствии химических катализаторов возможны лишь при высоких температурах, а часто и высоких давлениях. К биокатализаторам указанного действия относятся бактерии, обеспечивающие, например, фиксацию азота воздуха (азотобактеры), выделение железа и окислов железа (железные бактерии), получение серы из сероводорода и других сернистых соединений (серные бактерии), различные превращения углеводородов (нефтяные бакте-рии), образование белков из нефти и т. д. В результате таких процессов получаются продукты, обладающие более высокой энтропией, чем исходные. Происходит это за счет параллельно идущих экзотермических процессов, особенно процессов окисления. Необходимо глубже вникнуть в механизм действия такого рода ферментативных систем, чтобы изыскать возможности восироизведения их с помощью искусственных катализаторов. Пока мы еще не создали таковых, здесь нужны широкие исследования возможностей осуществления промышленных процессов с применением природных ферментов в виде соответствующих бактерий и грибков. [c.19] Сюда же примыкает и проблема фотохимических реакций с высоким коэффициентом полезного действии под влиянием солнечной энергии. II здесь поучительный пример дает нам природа. В растениях роль соответствующих катализаторов играют хлоропласты, запасающие. энергию в несколько квант, а затем использующие ее на процесс разложения воды и фотосинтез. Если бы нам удалось создать искусственные системы подобного тина, мы могли бы обеспечить высокий кпд процесса разложения углекислоты па СО и О2 или воды па Н2 и О2. Газы эти мы могли бы вновь соединить и воду и углекислоту в топливном элементе и таким образом превратить солнечную энергию в электрическую. Это очень интересная проблема будущего. Глубокие исследования в этом же направлении не исключают возможности путем изучения механизма работы мышц или нервов прийти к созданию соответствующих новых типов машин и счетно-решающих устройств. [c.20] Вернуться к основной статье