Страница 105 из 120
В результате исследований, проведенных в 1936–1970 гг. рядом ученых, стало известно, что в процессе трансляции принимает участие множество разнообразных компонент, помимо рибосом, а сам процесс трансляции включает три стадии — инициацию, собственно трансляцию и терминацию. При наличии всех необходимых компонент, синтез белка может протекать и вне клетки, причем с помощью меченых атомов удалось показать, что белки синтезируются именно постадийно; начало синтеза приходится на свободные аминоокончания, а конец — на свободные карбоксильные группы в последней аминокислоте.
Наряду с изучением нуклеиновых кислот и процесса синтеза белка в молекулярной биологии большое значение с самого начала имели исследования структуры и свойств самих белков. Здесь следует отметить открытие Л. Полингом в 1940 г. дефектного гемоглобина S, выделенного из эритроцитов людей, страдающих наследственной болезнью — серповидной анемией. Полинг выдвинул предположение, что эта ненормальность имеет молекулярную природу, и его догадка была подтверждена в 1961 г., когда было обнаружено, что дефектный гемоглобин полностью аналогичен нормальному, за исключением того, что в его молекуле глутаминовая кислота заменена валином. Открытие Полинга, указавшее исключительную важность молекулярных представлений в биологии, в значительной степени обусловило расширение фронта исследований, и к настоящему времени определена структура многих белков.
В 1953 г. в результате десятилетних исследований Ф. Сенгер расшифровал аминокислотную последовательность инсулина, разработав для этого эффективный метод определения N-концевых аминокислотных остатков содержащих свободную аминогруппу, Этот метод оказался весьма плодотворным в процессе дальнейшего развития анализа белков, и в 1958 г. Сегнеру была присуждена Нобелевская премия но химии. Дальнейший прогресс аналитических методов был обусловлен созданием в 1957 г. автоматического анализатора аминокислот. Создатели анализатора — американские биохимики В. Стейн и С. Мур занялись с его помощью определением структуры рибонуклеазы, которая и была расшифрована в 1960 г, — она представляет собой полипептидную цепь из 124 аминокислотных остатков. За раскрытие строения рибонуклеазы В. Стейну и С. Муру была присуждена в 1972 г. Нобелевская премия по химии (совместно с К. Анфинсеном).
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.
357
Овчинников 10. А. Биотехнология, ее место в научно-техническом прогрессе. — Вести. АН СССР, 1982, № 4, с. 4.