Журнал «ЗДОРОВЬЕ»
№ 5 (101) май 1963
Химия — медицине
Академик А. Н. Белозерский
«…На современном этапе развития производительных сил химии принадлежит особо важная роль. Химия сейчас оказывает мощное влияние на технический прогресс всех отраслей народного хозяйства», — подчеркнул Н. С. Хрущев в приветствии тульским химикам и строителям.
В биологии, в медицинской науке и практике широко используются достижения химии. Сегодня мы печатаем беседы наших корреспондентов с учеными, которые рассказывают о том, как тонкие и сложные химические методы помогают в исследованиях строения и функций белков, нуклеиновых кислот, производстве новых лекарственных препаратов и полимеров.
Какой бы проблемы современной биологии и медицины мы ни коснулись, решение любой из них тесно связано с успехами химии и физики, химических и физических методов исследования. Сегодня медики широко, пользуются плодами этого содружества наук. Но существует еще немало загадок и тайн природы, над раскрытием которых бьются биологи, химики, представители других областей естествознания.
Современная наука снова и снова неопровержимо доказывает правоту известной формулы Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел…» Существование белковых тел определяет любые проявления жизни человека и животных, растительного мира и мира микробов. Клетки и ткани нашего тела, кровь и лимфа, ферменты и гормоны — все это белки, все это связано с превращениями белков. А раз это так, то задача познания законов рождения и смерти белковых тел одна из самых важных.
Последние десятилетия ознаменовались интереснейшими открытиями. Ученые установили, что даже гигантские молекулы белка формируются из набора примерно двадцати аминокислот. Всего лишь двадцать разнообразных «кирпичей», повторенных многократно в различных комбинациях, определяют все разнообразие строения белков и их биологических свойств! Поразительно и то, что самое минимальное отклонение от нормального течения биосинтеза белка, тысячелетиями регулируемого «строительства» белковых молекул, вызывает резкое нарушение его функций, в ряде случаев приводит к болезни.
Общеизвестен пример с серповидной анемией. Это заболевание проявляется в том, что вместо нормального белка — гемоглобина в организме синтезируется гемоглобин иной структуры, иного состава. Развивается тяжелое заболевание. А казалось бы, причина его — изменение в молекуле гемоглобина — ничтожна. Из трехсот комбинаций (составленных из тех же двадцати!) аминокислот меняется лишь одна аминокислота.
Другой пример. Известно, что организм защищается от инфекционных болезней с помощью иммунитета. Специфические антитела, вырабатываемые при этом в организме, — суть особые формы существования белка. Можно представить себе, какие перспективы откроются перед медициной, когда врачи получат возможность, от начала и до конца управлять созданием и укреплением иммунитета.
Около десяти лет назад исследователи обнаружили вещества, которые обусловливают биосинтез белка. Это нуклеиновые кислоты — рибонуклеиновая (РНК) и, особенно, дезоксирибонуклеиновая (ДНК). Разнообразие их поражает еще больше, чем разнообразие белков — они строятся из многократно повторяющихся и комбинируемых всего лишь четырех «кирпичей» — нуклеотидов. Взаимодействие нуклеиновых кислот и белков не односторонне. Не только нуклеиновые кислоты управляют синтезом белковых молекул, но и белки, в частности ферменты, в свою очередь оказывают влияние на синтез РНК и ДНК. И это также открытие последних лет.
Познать до мельчайших подробностей законы формирования РНК и ДНК, а значит и биосинтеза белка — одна из основных задач ученых-естественников XX века. Что есть более важное для биолога и медика, чем возможность руководить синтезом этих веществ, менять его с пользой для человека! Ведь «консерватизм» ДНК — не только положительное, но и отрицательное свойство. Благодаря ему ДНК обладает способностью хранить и участвовать в передаче по наследству также и таких изменений в строении белков, которые могут привести к развитию болезни.
В содружестве с химиками биологи за последние полтора года получили весьма интересные данные. Биохимики, микробиологи и вирусологи, воздействуя на ДНК вирусов сильными внешними раздражителями, например химическими веществами или рентгеновским облучением, сумели сформировать молекулу ДНК с новыми свойствами. Это привело (конечно, в опытных условиях) к размножению вирусов с совершенно иными качествами. Например, вместо патогенных, то есть способных вызывать заболевание вирусов, удалось получать непатогенные их формы.
Огромный успех современной биологии заключается и в том, что ученые подошли к раскрытию шифра аминокислотного кода. Сейчас начинает выясняться, какие структурные части нуклеиновых кислот определяют место той или иной аминокислоты в молекуле белка. Сделан первый, но весьма существенный шаг на пути к искусственному синтезу белка, к синтезу белка под непосредственным руководством человека!
Член-корреспондент Академии медицинских наук СССР профессор Г. Н. Першин
Необычайно сложна молекулярная структура ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. А построена она всего лишь из четырех видов «кирпичей» — нуклеотидов, многократно повторенных в различных комбинациях. В некоторых молекулах ДНК таких нуклеотидов насчитывается до 20–25 тысяч; молекула становится настолько заметной, что ее можно увидеть в поле зрения электронного микроскопа. Молекула ДНК представляет собой две гигантские цепи, закрученные правильными витками вокруг одной общей для обеих цепей оси.
На фото: модель молекулы ДНК — символ биологии XX века.
Изыскание новых лекарственных препаратов против различных болезней — сложный и кропотливый труд. В нем участвует большой коллектив химиков и фармакологов, ботаников и биохимиков, микробиологов, физиологов, врачей и специалистов других областей знания. Синтезируется и испытывается огромное число новых химических веществ против различных заболеваний.
Но неправильно думать, что все эти химические вещества поступают в клиники. По данным международной статистики, примерно из 10 тысяч вновь полученных и тщательно опробованных лекарственных препаратов лишь один оказывается действительно эффективным против той или иной болезни и передается в клиническую практику. И этот поистине титанический труд ученых, занятых поисками средств борьбы с человеческими недугами, оправдывает себя. С каждым годом число эффективных лекарственных препаратов неуклонно возрастает.
Наше время — время большой химии. В Программе КПСС, принятой XXII съездом, записано: «Одна из крупнейших задач — всемерное развитие химической промышленности, полное использование во всех отраслях народного хозяйства достижений современной химии…» Органическая химия вооружает фармацевтическую промышленность тончайшими методами синтеза и анализа, методами исследования различных химических веществ.
Расскажу, например, о так называемых гормональных препаратах. Это очень активные химические вещества, которые по своему действию аналогичны гормонам, вырабатываемым в нашем организме железами внутренней секреции. При некоторых нарушениях процессов обмена веществ врачи назначают гормональные препараты. Синтезируются они очень сложными методами, причем иногда химические методы сочетаются с микробиологическими.
Несколько лет назад ученые начали исследовать растение диоскорею. Оказалось, что сапонин (от латинского слова «сапо» — мыло), входящий в состав корневища растения, по своему химическому строению напоминает некоторые гормоны. Вот почему и было решено использовать диоскорею как сырье для получения гормонов. Из сапонина диоскореи получают вещество диосгенин, из которого и синтезируют такие ценные лекарственные препараты, как кортизон, кортизол, преднизон, преднизолон, метил-тестостерон, эстрадиол, дианобол. Методы синтеза необычайно тонкие и сложные. Вначале стероидная молекула диосгенина подвергается воздействию химических веществ. Затем следует ряд микробиологических стадий, когда на молекулу действуют системы ферментов микроорганизмов — бактерий и грибков. Они очень тонко и избирательно направляют сложные процессы превращений растительного сырья.