Развитие физико-химической биологии

Французский физиолог Франсуа Мажанди (1783-1855) впервые показал огромное значение белка в жизни организмов (кормил собак пищей, в которой отсутствовал белок: сахар, оливковое масло и вода).

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873) детально разработал учение о полноценности пищи и полагал, что углеводы и жиры служат топливом для организма. Возник вопрос: равно ли количественно тепло, полученной организмом от такого “топлива”, теплу, получаемому при сжигании углеводов и жиров вне организма.

Макс Рубнер (1854-1932) экспериментально доказал приложимость закона сохранения энергии к организму животного. К 1894 году он установил, что энергия, выделяемая пищевыми продуктами в организме, точно равна энергии, которую можно получить при сжигании этих продуктов вне организма.

Эти исследования нанесли серьезный удар по витализму. Еще в XVIII веке химики обнаружили, что реакцию иногда можно ускорить введением веществ, которые, по всей видимости, не принимают в ней участия. Это явление в 1835 году Берцелиус назвал катализом.

Казалось вероятным, что химические процессы в живых тканях могут протекать при очень мягких условиях, потому что в тканях присутствуют различные катализаторы, которых не существует в неживой природе.

В 1833 году французский химик Ансельм Пэйян (1795-1871) экстрагировал из проросшего ячменя вещество, которое расщепляло крахмал до сахара. Он назвал это вещество диастазой. Диастаза и другие подобные вещества были названы ферментами. Во второй половине XIX века стало ясно, что ферменты являются катализаторами.

В 1897 году немецкий химик Эдуард Бухнер (1860-1917) доказал, что ферменты могут с успехом действовать и вне клеток. Это было серьезным ударом по витализму, однако это не было его окончательным разгромом. Предстояло еще многое узнать о молекулах белка.

На протяжении прошлого столетия ферменты считались таинственными веществами, которые выявлялись лишь по их действию. В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер (1887-1955) выделил фермент, катализирующий реакцию расщепления мочевины на аммиак и углекислый газ (уреазу) и доказал его белковую природу. В 1930-1935 годах подобные работы были проделаны в отношении пепсина (желудок), трипсина и химотрипсина (поджелудочная железа).

Особенно значительный вклад в изучение белков внесли шведский химик Теодор Сведберг, американский химик Лайнус Полинг, английские биохимики Макс Фердинанд Перутц, Джон Каудери Кэндрю, Фредерик Сэнгер.

К середине XX века секреты молекулы белка были раскрыты. Но вдруг оказалось, что химическая основа жизни вовсе не белок, а другое вещество. В 1944 году американский бактериолог Освальд Теодор Эвери с сотрудниками доказал, что генетической функцией обладают не белки, а нуклеиновые кислоты. С этого момента началось энергичное изучение нуклеиновых кислот. В 1953 году структура молекул нуклеиновых кислот была расшифрована (работа английского биохимика Фрэнсиса Крика и американского биохимика Джеймса Уотсона).

Открытие Крика и Уотсона положило начало бурному развитию молекулярной биологии, или, как ее теперь чаще называют, физико-химической биологии. К главным достижениям этой науки относятся расшифровка генетического кода и открытие механизмов биосинтеза белка, искусственный синтез гена и пересадка генов. В результате родилась генетическая инженерия, успехи которой вызывают как надежды на управление наследственностью, так и опасения, связанные с возможностью создания особо опасного биологического оружия.