Рибонуклеаза была первым ферментом, строение которого было расшифровано, однако то, что ферменты имеют белковую природу, было известно еще с довоенных лет. В 1940 г. М. Куниц получил РНК в кристаллическом виде, особенно удобном для исследования рентгеноструктуриыми методами, а к концу 50-х годов химики располагали сотнями препаратов ферментов, полученных как в кристаллическом, так и в некристаллическом виде.
Мощное развитие аналитических методов в биохимии привело к расшифровке строения многих белков — к началу 60-х годов была определена аминокислотная последовательность белка вируса табачной мозаики, миоглобина, α- и β-цепей гемоглобина человека, а также ряда других белков.
Параллельно с расшифровкой аминокислотного состава белков проводились исследования их пространственной структуры. Среди важнейших достижений этого направления следует назвать теорию спирали, разработанную к 1951 г. Л. Полингом и Р. Кори. Согласно этой теории, полипептидная цепь белка не является плоской, а свернута в спираль, характеристики которой были также определены. Крупным достижением 50-х годов было определение пространственной структуры миоглобина (Дж. Кендрью) и гемоглобина (М. Перутц). Особенпо трудоемкой оказалось построение трехмерной модели гемоглобина — первые данные о структуре гемоглобина были получены Перутцем в 1937 г. За работы по определению пространственной структуры белков Кендрью и Перутцу была присуждена в 1962 г. Нобелевская премия но химии.
В начале 60-х годов на пути прогресса синтеза белков встретились серьезные трудности, связанные с тем, что выход конечного продукта был ничтожным. Путь резкого увеличения выхода конечного продукта (вплоть до 100 %) был указан работами американского биохимика Р. Меррифилда, который разработал метод синтеза белков на твердофазном носителе — в его методе растущая полипептидная цепь оставалась все время связанной с шариком полистирольной смолы, к которой присоединялась первая аминокислота. С помощью своего метода Меррифилду удалось синтезировать инсулин, а затем и рибонуклеазу, строение которой было к тому времени известно благодаря работам Стейна и Мура. Синтез рибо-нуклеазы проходил в 11931 этап, включавший 369 химических реакций — эти характеристики дают представление о сложности проблем, с которыми имеет дело современная молекулярная биология.
Как пишет известный советский биолог Ю. А. Овчинников, «наибольших успехов биологическая наука достигла в последние 20–25 лет, когда она сумела заглянуть внутрь живой клетки и понять биологические механизмы на уровне молекулярных взаимодействий»[357]. Многие биологи считают, что особенно большое значение будет иметь генная инженерия, к достижениям которой уже теперь можно отнести создание новых микроорганизмов (бактерий и вирусов). Путем направленного изменения наследственного аппарата получены многие десятки микроорганизмов с заранее заданными свойствами.
В Советском Союзе проводится большая работа в области селекции, являющейся, с одной стороны, разделом агрономии и зоотехники, в котором рассматриваются методы создания новых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений и пород животных, а с другой стороны, отраслью сельского хозяйства. Широко известны имена селекционеров, достигших в своем деле больших успехов. К их числу относятся: И. В. Мичурин (1855–1935), создавший более 300 сортов плодово-ягодных культур, широко использовавший методы отдаленной гибридизации; П. П. Лукьяненко (1901–1973) и В. Н. Ремесло (1907–1983), сумевшие создать высокопродуктивные сорта пшеницы; В. II. Мамонтова (р. 1895) — один из создателей метода ступенчатой гибридизации яровой пшеницы и автор ценных сортов ее; М. И. Хаджинов (1899–1980), создавший высокоурожайные гибридные сорта кукурузы; В. С. Пустовойт (1886–1972), разработавший высокоэффективную систему селекции и семеноводства подсолнечника, и др.
Надо надеяться, что генетика будет в дальнейшем использоваться гораздо шире в селекционных сельскохозяйственных работах.
Энергетика
В заключение приведем три раздела, в которых речь будет идти о современной технике: энергетике, радиоэлектронике (в частности, лазерах и ЭВМ), исследованиях космического пространства.
Итак, энергетика, или, как теперь часто говорят, топливно-энергетический комплекс.
Энергетика — понятие очень широкое. В него входят электростанции, производящие электрическую энергию, двигатели автомобилей, тепловозов для железных дорог, речных и океанских судов и самолетов, передача электроэнергии, а также добыча, переработка и транспортировка топлива и многое другое. Мы сосредоточим внимание на электроэнергетике, т. е. электрических станциях и всем том, что связано с их работой, или, может быть, точнее сказать, на электрификации — широком использовании электрической энергии в производстве и быту.
В. И. Ленин придавал большое значение электрификации; на VIII Всероссийском съезде Советов в декабре 1920 г. им были сказаны хорошо известные слова: Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны. На этом же съезде был принят Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО), рассчитанный на 10–15 лет. Согласно этому плану, было намечено построить новые электростанции общей мощностью 1750 тыс. кВт, т. е. приблизительно в 4,4 раза больше, чем имела вся дореволюционная Россия. План ГОЭЛРО был успешно выполнен.
Рис. 49. Схема устройства ТЭС.
В настоящее время широкое развитие получили три вида электростанций: тепловые (ТЭС), работающие на органическом топливе; гидравлические (ГЭС), использующие разность уровней воды в реках, создаваемую с помощью специально сооружаемых плотин; атомные (АЭС), использующие энергию, выделяющуюся в ядерных реакциях.
Очень кратко остановимся на устройстве ТЭС, принципиальная схема которой показана на рис. 49. Топливо (уголь, мазут — продукт переработки нефти, точнее сказать, остаток, образующийся после отгонки из нефти бензина, керосина и других легких фракций, или природный газ) подается в топку котла 5 и там сжигается. За счет выделившегося при этом тепла вода нагревается и испаряется, образуется водяной пар при температуре насыщения, определяемой давлением в котле и тем более высокой, чем больше давление. Далее пар поступает в перегреватель 1, в котором его температура повышается до требуемой величины.
Рис. 50. Способ преобразования тепловой энергии в механическую в паровой турбине.
В последние десятилетия широкое применение нашли прямоточные котлы. Схема устройства прямоточного котла очень проста: он представляет собой змеевик, в один конец которого подается относительно холодная вода, а из другого конца выходит перегретый пар. Давление воды, подаваемой в прямоточный котел, часто создается выше критического (критическое давление воды составляет около 225 атм.).
Из котла (пароперегревателя) перегретый пар поступает в паровую турбину 2, назначение которой — превращать тепловую энергию пара в механическую. Как это видно из рис. 50, пар поступает в сопла турбины. Сопла, принадлежащие к статору турбины и поэтому остающиеся неподвижными, представляют собой сделанные из металла каналы, профиль которых выполнен таким образом, чтобы скорость струи пара возрастала (па выходе из сопел скорость пара нередко превышает скорость звука). Увеличение скорости струи пара происходит за счет уменьшения его тепловой энергии (при этом давление и температура пара понижаются).
357
Овчинников 10. А. Биотехнология, ее место в научно-техническом прогрессе. — Вести. АН СССР, 1982, № 4, с. 4.