Создатели технической биохимии

На грани, где соприкасаются химия и физиология, в конце прошлого века зародилась новая наука, занимающаяся химией жизненных процессов. Эта наука все больше и больше входит в жизнь. О путях зарождения ее надо знать, тем более, что открытия, сделанные учеными-биохимиками, применены во многих отраслях пищевой и химической промышленности.

Ранними «всходами» этой молодой науки — биохимии — были работы русских ученых А. Н. Баха и В. И. Палладина.

Огромное значение имело произведенное В. И. Палладиным исследование «химии дыхания». Что кажется еще более далеко отстоящим от промышленной химии, чем изучение сложного жизненного процесса дыхания? Однако результат химико-физиологических исследований в этой области вынудил впоследствии заново пересмотреть некоторые процессы обработки продуктов в пищевой промышленности.

Схема горения.

В. И. Палладии посвятил много лет изучению проблемы дыхания. Чисто количественное определение дыхания как «медленного горения», существовавшее в науке со времен Лавуазье, не удовлетворяло Палладина. Оно было односторонним и механистическим. Организм — это не просто «печка», где сжигаются углеводы. Русский ученый видел в дыхании качественно своеобразный процесс.

Он доказал, что окислением в процессе дыхания управляют ферменты — особые белковые вещества, находящиеся в протоплазме клетки и играющие в ней роль органических катализаторов. С их помощью в организме и происходит разложение сложных веществ на простые. С их же помощью производится и синтез сложных веществ из простых.

Весь свой обширный научный труд Палладии выразил в двух небольших формулах. Эти классические формулы дыхания вошли во все физиологические руководства мира. Процесс дыхания, по определению Палладина, состоит из двух этапов. 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 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 с кислородом воздуха образует воду.

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, оказалась справедливой.

Вопрос о роли кислорода в процессе дыхания был решен в 1897 году А. Н. Бахом.

Интересные открытия, обогатившие учение о дыхании, сделал академик А. И. Опарин.

Он 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.

Алексей Николаевич Бах.

Славу русской биохимии принесли работы академика Алексея Николаевича Баха (1857—1946).

Задачи биологической химии сводились до него 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 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.

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

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

Бах раскрыл и сущность процесса, обратного ассимиляции, процесса расщепления органических веществ в живой клетке организма.

Органические вещества — углеводы, белки, жиры — внутри организма окисляются до углекислоты и воды. Но вне организма окисление их идет 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 активированный кислород, который с окисляемым телом образует перекись.

«Перекисная теория», созданная А. Н. Бахом полвека назад, сыграла большую 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 дали начало новому разделу науки — «технической биохимии».

При помоле зерна, скручивании чайного листа, затирании солода, раздавливании виноградной ягоды или сушке табака разрушаются живые ткани сырья, но заключенные в нем ферменты сохраняются в активном состоянии. И именно они обусловливают те 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. Раскрыв тайну изменений чая, табака, винограда при их переработке, Бах и его ученики разрешили ряд практических задач.

Ученые определяют наилучшие условия влажности, температуры, интенсивности воздухообмена и указывают, как управлять процессом томления табака.

Работы советских ученых раскрыли суть превращений, происходящих в чайном листе во время его переработки.

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, может производиться в течение нескольких месяцев.

Ферментативные процессы используются для оценки качества муки, улучшения хлебопекарных свойств ее и т. д.

Советские биохимики достигли успехов и в области изучения витаминов; найдены способы сушки овощей, при которых сохраняются в них все витамины; открыты новые виды сырья для производства витаминов; создано производство синтетических витаминов.

* * *
В руках советского человека химия превратилась в могучее орудие преобразования органических и неорганических веществ. С ее помощью получены металлические сплавы легче дерева, прозрачные пластмассы с прочностью стали. Химия позволила создать много удивительных материалов с совершенно новыми свойствами, отсутствующими у природных: синтетический каучук, изделия из которого не боятся нагревания и не теряют упругости на морозе; искусственное волокно, нити которого крепче стальных проволок; синтетическое горючее, позволяющее намного повысить мощность моторов, и другие. Используя достижения химии, советский народ совершенствует производство и увеличивает плодородие почвы.