Если бы мы взяли четыре различные аминокислотные молекулы, то число возможных комбинаций равнялось бы уже 24. Каждая новая аминокислота, включаемая в состав полипеитидной цепи, ещё во много раз увеличивает число возможных комбинаций. Для белковой молекулы оно возрастает до совершенно необозримых величин. Ж. Лиф подсчитал, что если взять цепь, состоящую всего из 50 звеньев, из которых только 19 будут разными, то число возможных перестановок составных частей цепи будет равняться 1048. (десять в сорок восьмой степени, т. с. единица с сорока восемью нулями). Если бы мы взяли от каждой комбинации всего только по одной молекуле и сложили эти молекулы в жгут толщиной в палец, то такой жгут можно было бы протянуть от одного конца Млечного пути до другого.

Но полипептидная цепь белковой молекулы средней величины состоит не из 50, а из нескольких сот звеньев, и она включает не 19, а до 27 различных аминокислот. Поэтому

количество возможных комбинаций здесь возрастает ещё во многие квадриллионы раз. Положительно всей материи нашего звёздного мира не хватило бы на то, чтобы изготовить хотя бы по одной молекуле всех этих разнообразных белковых веществ.

Для того чтобы синтезировать, воспроизвести тот или иной белок, мы должны из всех этих бесчисленных комбинаций выбрать одну, получить именно такое расположение аминокислот в полипептидном каркасе, которое действительно имеет место у данного конкретного белка, от чего и зависят его химические и физические свойства. В этом заключается исключительная трудность белкового синтеза. Мы в настоящее время сравнительно легко можем искусственно получить разнообразные аминокислоты. Как это мы видели выше, вполне доступным для органической химии является связывание этих аминокислот в длинные полипептидные цепи. Но этого мало. Для того чтобы получить тот или иной конкретный белок, нужно нанизать на полипептидную цепь многие сотни и тысячи разнообразных аминокислот в совершенно определённой последовательности, именно в той, которая соответствует данному белку.Читаем далее

Естественно возникает предположение, что две аминокислоты могут соединиться между собой так, что «крючок») одной молекулы зацепится за «петельку» другой. И действительно, Фишеру удалось получить такое соединение, в котором кислотная группа одной аминокислоты была соединена с аминной группой другой аминокислоты. Это соединение получило название дииептида. Оно представляло собой коротенькую цепь, состоящую всего из двух звеньев (двуаминокислотных молекул), но на концах этой цепи оставались свободными с одной стороны «петелька», а с другой — «крючок». Сюда можно было присоединить новые молекулы аминокислот, получить цепь, состоящую из трёх звеньев (трипептид), затем из четырех, пяти и т. д. звеньев (полипептиды), но сколько бы мы ни удлиняли нашу цепочку, на её концах всё время оставались бы свободные кислотная и основная группы, позволяющие присоединять всё новые и новые молекулы аминокислот.

Фишеру удалось получить полипептид, построенный из 18 аминокислотных молекул. В него входило пятнадцать частиц простейшей аминокислоты — гликоколя и три молекулы другой, более сложной аминокислоты — лейцина. Читаем далее

Т. Курциус оставлял стоять стакан с водным раствором сравнительно простого органического соединения — этилового эфира гликоколя. Через некоторое время он заметил, что в растворе образовались слизистые нити. В данном случае Курциус имел дело с образованием довольно сложных соединений, обладающих рядом свойств, характерных для простейших белков.

Старейший член Академии наук СССР А. Бах на длительное время оставлял стоять смесь водных растворов формалина и цианистого калия. По прошествии некоторого времени из этой смеси можно было выделить вещество, приближающееся по своим свойствам к белкам. Если очистить полученный таким образом продукт, то на его растворе, как на питательном субстрате, можно было разводить гнилостные бактерии, которые в естественных условиях питаются белками.

Примеров таких реакций можно привести многие десятки и сотни, но уже и сказанного достаточно для того, чтобы охарактеризовать ярко выраженную способность простейших органических веществ превращаться в более сложные высокомолекулярные соединения при простом хранении их водных растворов.

Условия, которые создались в водах первичного земного океана к разбираемому нами моменту, мало чем отличались от условий, воспроизводимых в наших лабораториях. Поэтому в любой точке тогдашнего океана, в любой лагуне или высыхающей луже должны были образовываться те же сложные органические вещества, которые получались в колбе Бутлерова, в стакане Курциуса, в смеси Баха и при других подобных опытах.

Конечно, в том растворе простейших органических веществ, которым являлись воды первичного океана, реакции протекали без какой-либо определённой последовательности, какого-либо порядка. Они носили в значительной степени беспорядочный, хаотический характер. Органические вещества одновременно могли претерпевать целый ряд химических изменений, идти разнообразными химическими путями, давая большое число различных продуктов. Но уже с самого начала здесь проявлялась определённая общая тенденция к синтезу всё более и более сложных и высокомолекулярных соединений. В силу этого в тёплых водах первичного океана Земли возникли высокомолекулярные органические соединения, подобные тем, которые мы встречаем сейчас в телах животных и растений. Читаем далее

Все те химические процессы, которые совершаются в живом организме, все те превращения веществ, которые приводят к созданию ряда разнообразных соединений, могут быть в конечном счёте разложены, сведены к этим трём простейшим типам реакций. Изучение химизма дыхания, брожения, ассимиляции, синтеза и распада разнообразных веществ показывает, что в основе всех этих явлений лежат длинные цепи химических превращений, отдельными звеньями которых являются вышеперечисленные реакции. Всё дело сводится только к той последовательности, с которой реакция одного типа сменяет предшествующую реакцию. Если первая реакция являлась, скажем, конденсацией, за ней шел окислительный процесс, а дальше следовала опять конденсация, то получается одно химическое соединение, один продукт превращения; напротив, если после конденсации была полимеризация, за полимеризацией окисление или восстановление и т. д., получается другое вещество. Для иллюстрации мы приводим схему (далеко не полную) тех разнообразных продуктов, в которые может превратиться какой-нибудь сахар (например глюкоза) в зависимости от той или иной последовательности вышеуказанных реакций.

Итак, сложность и разнообразие веществ, возникающих в живых организмах, обусловлены лишь сложностью и разнообразием комбинаций простейших реакций трех приведённых нами выше типов. Но внимательное рассмотрение этих реакций показывает, что все они имеют одну общую характерную черту, одну общую особенность — все они совершаются при непосредственном участии воды. Частицы воды или присоединяются к углеродным атомам молекулы органического вещества, или, наоборот, отрываются, отщепляются от неё. По существу все описанные реакции можно рассматривать как взаимодействие между водой и органическими веществами. Это взаимодействие лежит в основе всего жизненного процесса. Благодаря ему осуществляются все те бесчисленные превращения органического вещества, которые происходят в настоящее время в естественных условиях, в организме. Здесь эти реакции протекают с очень большой скоростью и в совершенно определённой последовательности благодаря наличию некоторых особых условий, на которых мы остановимся несколько позднее. Но и без этих условий, вне живых организмов, взаимодействие между водой и органическими веществами хотя и медленно, но всё же происходит.Читаем далее

В естественных условиях, в живых организмах, синтез различных органических веществ происходит совершенно иначе. Здесь нет упоминавшихся выше сильно действующих средств, нет высоких температур и давления, реакция среды всегда остаётся сравнительно близкой к нейтральной, и тем не менее здесь возникает большое число разнообразных, иной раз чрезвычайно сложных соединений.

Именно это разнообразие веществ, выделяемых из тел животных и растений, заставляло прежних исследователей предполагать, что в живой клетке происходит громадное количество различных реакций. Однако более детальное рассмотрение показывает, что это не так. Несмотря на исключительное, поражающее количество входящих в состав живых организмов веществ, не подлежит сомнению, что все они возникли, образовались в результате сравнительно простых и довольно однородных реакций. В основе химических превращений органических веществ в живой клетке лежат три главнейших типа реакций. Это, во-первых, конденсация, т. е. удлинение углеродной цепи, и обратный ему процесс — разрыв связей между двумя углеродными атомами: во-вторых, полимеризации — соединение двух органических молекул посредством кислородного или азотного мостика, и обратный ему процесс —гидролиз; и, наконец, в-третьих, процесс окисления и сопряжённый с ним процесс восстановления (окислительно-восстановительная реакция).

В настоящее время искусственным путём могут быть синтезированы разнообразнейшие органические вещества, как те, которые образуются в яшмовых организмах, так и те, которые в природе не встречаются, которые человек получил впервые в своих лабораториях. Мы умеем в настоящее время получать химическим путём такие типичные для организмов вещества, как разнообразные сахары, жиры, многочисленные-растительные пигменты, ализарин, индиго, те вещества, которые придают окраску цветам, плодам и ягодам, те вещества, от которых зависит их вкус и аромат, разнообразные терпены, дубильные вещества, алкалоиды, каучук и т. д. За последнее время синтезированы даже такие сложные и биологически чрезвычайно активные соединения, как витамины и некоторые гормоны. Таким образом, из научного обихода совершенно изгнана «жизненная сила» и с несомненностью доказано, что все те вещества, которые входят в-состав тел животных и растений, в принципе могут быть получены и вне живых организмов, независимо от жизни.Читаем далее

Отдельные органические вещества, входящие в состав тел животных и растений, были известны человечеству с глубокой древности. Но лишь в XVIII веке учёные начинают не только выделять, но и изучать эти вещества, разлагая их на отдельные составные части. Гениальный французский учёный Лавуазье впервые показал, что те вещества, из которых состоят растения и животные, в основном слагаются из четырёх элементов: углерода, водорода, кислорода и азота. Исследования Берцелиуса и других химиков ещё более расширили наши знания о строении органических веществ.

Однако до конца первых десятилетий XIX века существовало прочное убеждение, что органические вещества можно лишь выделять из живых существ, но ни в коем случае не создавать их. Искусственное получение, синтез этих веществ считался делом совершенно невозможным. Считалось, что органические вещества могут образовываться только в живых организмах под влиянием особой, так называемой «жизненной силы». «Грубые и простые силы», определяющие течение различных реакций вне органической материи, не могут поэтому создать органического вещества. Даже такой выдающийся учёный, каким был Берцелиус, придерживался этого ложного мнения и писал по этому поводу: «...жизненная сила находится за пределами всех неорганических элементов, и ни одно из основных свойств этих последних, как-то: тяжесть, непроницаемость, электрическая полярность и т.д., не имеет для неё значения; что представляет собой эта сила, как она образуется и где кончается, мы, однако, не знаем».Читаем далее