Лекция Современная химия: экономический и социальный эффект

Концепция эволюционной химии.
В основе концепции эволюционной химии, которая получила свое развитие только в последней трети ХХ века, лежит принцип самоорганизации химических систем. Основной смысл этого принципа состоит в возможности использования опыта химических знаний для создания высокоорганизованной живой материи. Поэтому под эволюционной химией понимают раздел химической науки, который изучает процессы самопроизвольного синтеза новых химических соединений. Одной из особенностей таких соединений является то, что они имеют принципиально более сложную и высокоорганизованную структуру по сравнению с исходными веществами. Важнейшей стадией процессов, протекающих в живых организмах, является биокатализ.
Поэтому эффективность развития эволюционной химии зависит от использования методов биологического катализа. Длительное время механизм действия биокатализаторов сводился к механизму действия обычных химических катализаторов (так как при реализации биокатализа можно использовать известные законы химической кинетики). Затем стала преобладать биологическая концепция, предложенная французским биохимиком Пастером (1822-1895). Ее главные положения основаны на представлениях эволюционного катализа и молекулярной биологии, которые могут быть сформулированы следующим образом:
1) многие физические и химические законы описывают как процессы, протекающие в неживой природе, так и физиологические процессы в живых организмах;
2) по своему составу, строению и структуре биополимерные молекулы представляют собой единый набор для всех живых существ;
3) специфика живых (то есть открытых) систем проявляется, главным образом, на молекулярном уровне.
Это последнее положение означает, что молекулярные особенности ферментов и биополимеров (их структура, свойства и функции) обусловлены особым механизмом действия биокатализаторов, необычными свойствами биополимеров (структура которых и генетический ход взаимосвязаны) и тем, что многие реакции в организмах могут происходить без непосредственного контакта между реагирующими молекулами.
Отсюда следует концепция, смысл которой состоит в том, что в живых системах часто происходят такие химические превращения, которые не наблюдаются в неживой природе. Обусловлено это, прежде всего, участием в жизнедеятельности организмов ограниченного числа определенных химических элементов.
Установлено, что основу живых существ составляют семь элементов (органогенов): углерод, кислород, водород, азот, кальций, фосфор и сера, массовая доля которых в биологических системах составляет более 97%.
За ними по важности для функционирования организмов следуют еще шестнадцать элементов: натрий, калий, марганец, магний, железо, алюминий, медь, цинк, кобальт, кремний, никель, ванадий, молибден, селен, йод и хлор, массовая доля которых составляет около 1,5%.
Из известных в настоящее время примерно 10 млн химических соединений около 95% составляют органические вещества, но в построении биологической системы участвуют лишь несколько сотен; это – аминокислоты, простые и сложные жиры, различные ферменты, углеводы, полипептиды, полисахариды, полинуклеиновые кислоты и некоторые другие. Каждое из них осуществляет строго определенную функцию.