Отдел химической науки, именуемый биохимией, занимается изучением химических процессов, осуществляющихся в тканях живого организма и лежащих в основе его жизнедеятельности (рост и развитие, дыхание, брожение, питание, размножение и т. д.).

Известно, что вещества, входящие в состав любого живого организма, не остаются постоянными. В течение всей жизни организма в нём происходит сложный комплекс химических процессов, именуемых обменом веществ. Воспринимаемые растением из окружающей среды вещества подвергаются внутри его клеток сложным изменениям, в результате которых они превращаются в вещества самого растительного организма. Эта группа процессов называется ассимиляцией. Одновременно в организме непрерывно осуществляются процессы разложения входящих в состав его клеток веществ, именуемые диссимиляцией.

Жизнь любого организма, в том числе и растения, представляет собой сочетание непрерывно происходящих в нём процессов ассимиляции и диссимиляции, процессов новообразования веществ и их разрушения. Единство ассимиляции и диссимиляции и лежит в основе обмена веществ, изучение которого составляет одну из центральных задач биохимии.

Помимо своей крайней сложности химические процессы, протекающие в живых организмах, характеризуются также и чрезвычайно большой скоростью. Эта скорость резко отличается от той, с которой те же превращения совершаются вне живой клетки, к примеру, - в пробирке или стакане в лаборатории. Известно, что в тканях растения даже при низких температурах происходит достаточно интенсивное дыхание, которое связано с разложением и окислением сахара. С другой стороны, известно, как сильно нужно нагреть тот же сахар, чтобы заставить его сгореть вне организма. Эта громадная разница обусловлена тем, что превращениям веществ в живом организме способствуют особые вещества, вырабатываемые протоплазмой живых клеток и называемые ферментами. Ферменты являются истинными катализаторами. Они обладают способностью, находясь в клетке в ничтожно малых количествах, специфически воздействовать на скорость определённых химических реакций, увеличивая её в десятки миллионов раз. При отсутствии ферментов биохимические реакции шли бы настолько медленно, что не были бы в состоянии обеспечить бурное течение процессов жизнедеятельности организма.

Коренным образом изменяется картина жизни организма, если деятельность находящихся в его клетках ферментов по той или иной причине затруднена. Например, в сухих семенах биохимические процессы почти полностью приостановлены по той причине, что для проявления активной деятельности ферментам здесь не хватает воды. Бурное активирование жизненных процессов наблюдается в тех же семенах уже через несколько часов после того, как они получат влагу. Аналогичным примером скрытой жизни может служить состояние так называемого «температурного анабиоза», в основе которого лежит подавление деятельности ферментов организма с помощью пониженных температур. Возврат начальной жизнедеятельности организма, связанный с возобновлением работы ферментов, наблюдается немедленно после повышения температуры. Уже из этих примеров видно, что ферменты являются не только двигателями, но и инициаторами жизненных процессов. Эта громадная, ни с чем несравнимая роль ферментов и обусловливает их исключительно важное биологическое значение.

Из сказанного ясно, что улучшение свойств растения, его способность использовать питательные вещества, солнечную энергию и другие факторы роста, способность накоплять определённые количества веществ в тканях теснейшим образом связаны с деятельностью ферментного аппарата растения. Повышение продуктивности, подъём урожайности какого-либо растения невозможен без совершенствования его ферментной системы.

Поэтому одним из направлений биохимических исследований, в особенности широко представленных в Институте биохимии имени Баха Академии наук СССР, служит изучение тех особенностей ферментной системы растения, с которыми связаны такие его свойства, как урожайность, содержание питательных веществ в запасных органах, скороспелость, устойчивость к морозу и засухе, иммунитет к заболеваниям. Проведённые работы показали, что между этими признаками и свойствами ферментов действительно существует чрезвычайно тесная физиологическая зависимость. Исследованиями нашей лаборатории было, например, установлено, что степень богатства углеводами тканей запасных органов растений - корнеплодов свёклы, луковиц лука, клубней картофеля, плодов арбуза и т. д. - зависит от свойств ферментов, управляющих превращениями, простых Сахаров в сложные и сложных Сахаров в простые (скажем, превращения сахара в крахмал и крахмала - в сахар). Чем выше способность фермента в картофеле ускорять превращение простых Сахаров в сложную форму (сахар в крахмал), тем больше крахмала накопится в клубнях такого картофеля.

Зимостойкость и засухоустойчивость растения зависят от обмена веществ в условиях сильного обезвоживания ткани или сильного охлаждения. Оказалось, что способность поддерживать нормальный обмен веществ в суровых условиях также обеспечивается определёнными свойствами ферментной системы растений. У устойчивых форм растений ферменты сохраняют способность катализировать созидательные процессы в неблагоприятных условиях, тогда как у неустойчивых форм растений обмен резко нарушается и приобретает патологический характер даже при слабом, незначительном воздействии на ткани.

Эти работы позволили пролить свет на то, каким образом в растении осуществлялась та внутренняя перестройка, в результате которой оно приобретало способность накоплять в своих тканях всё большие количества пластических веществ. Разительные примеры этого весьма многочисленны. Достаточно вспомнить, например, что современные нам культурные сорта столового арбуза содержат 8 - 10% сахара, тогда как его дикий прародитель - лишь 1%. Свёкла, перерабатываемая на сахарных заводах, в настоящее время имеет сахаристость 18 - 19% тогда как только 150 лет тому назад содержание сахара в свёкле не превышало 3 - 4%. Исследования показали, что это результат вполне определённых изменений ферментативного аппарата некультурных форм. Выяснение этого исторического пути крайне важно для сознательного управления процессами дальнейшего улучшения свойств растений, их богатства сахарами.

Известно, какое громадное значение современное учение о питании отводит витаминам как необходимой составной части пищи. Известно также, что главную роль в обеспечении нас многими витаминами играют растения и в первую очередь разнообразные овощи и плоды. Выяснение закономерностей образования витаминов в живой ткани растения (так называемый «биосинтез») является наиболее надёжным средством к отысканию новых источников витаминов в растительном мире, к выявлению сортов плодов и овощей, наиболее богатых витаминами. Многое сделала в этом направлении советская биохимия. Теоретические исследования, посвященные вопросу о биологической роли витамина С в растении, позволили обнаружить большую С - витаминную ценность высокогорных растений. Было установлено, что очень богаты витамином С ткани плодов шиповника, на базе чего была создана специальная отрасль пищевой промышленности.

Широкое развитие получили в Советском Союзе исследования биохимических процессов, происходящих в тканях плодов и овощей в период их хранения. В сочетании с изучением внутренних свойств растений, определяющих их устойчивость по отношению к грибкам и бактериям, эти работы позволили, например, коренным образом реорганизовать всю практику хранения сахарной свёклы на заводах. Они дали возможность сахарной промышленности страны почти вдвое увеличить длительность работы сахарных заводов, снизить потери сахара при хранении свёклы и в процессе её переработки свести до минимума потери свёклы вследствие загнивания и т. д. Государство было освобождено от значительных капиталовложений на строительство новых сахарных заводов, население получило дополнительно много миллионов пудов сахара. Созданная на базе биохимических исследований теория хранения оказала существенное влияние и на практику хранения овощей и плодов.

В результате изучения особенностей действия ферментов, синтезирующих крахмал в клубне картофеля в условиях различных температур, было теоретически обосновано хранение картофеля при 0° с ничтожно малыми потерями углеводов и с полным сохранением исходных вкусовых качеств. В настоящее время Институт биохимии совместно с Институтом консервной промышленности работает над проблемой хранения цитрусовых, стремясь удлинить сроки их использования населением до 5 - 6 месяцев и снизить потери этих ценнейших плодов.

Эти несколько примеров, из огромного числа имеющихся показывают, какое важное значение для продуктивности растения имеет его ферментативный аппарат. Особенности ферментной системы растения отражают не только его сортовые свойства, но в сильной степени зависят также от условий, в которых осуществлялось развитие организма. Таким образом, можно ставить вопрос о сознательном управлении действием этих катализаторов. Перед практиками сельского хозяйства открываются заманчивые перспективы путём подбора существующих внешних воздействий оказывать влияние на ферментную систему и тем самым на формирование физиологических и хозяйственных признаков растений.

Исключительно велика роль биохимии и в рационализации технологических процессов в ряде отраслей пищевой промышленности, перерабатывающих растительное сырьё. Яркие примеры тому - чайное и табачное производство. Из зелёного листа табака или чая получаются продукты, обладающие свойствами, отсутствовавшими в исходном материале. Но эти свойства не привнесены в чай или табак извне: они возникли в результате химических превращений тех веществ, которые уже ранее находились в зелёном листе чая и табака. Эти биохимические превращения осуществляются в чайном и табачном производстве под воздействием ферментов. Советский биохимик, ныне покойный А. И. Смирнов, показал, что в процессах ферментации табака принимают участие собственные ферменты табачного листа, а не ферменты бактерий, как это считалось до него. Благодаря работам Л. И. Смирнова стало очевидным, что ферментация табака может производиться в любое время года, если для этого будут созданы соответствующие условия температуры и влажности воздуха. Таким образом, открылась возможность ликвидировать «сезонность» ферментации. Работы Смирнова легли в основу реконструкции советской табачной промышленности. Ферментация табака осуществляется теперь в любое время года, а не только весной, как раньше. Вместо многих месяцев она продолжается в настоящее время лишь 18 - 20 дней.

Крупные успехи достигнуты в последние годы и в советской чайной промышленности. Проведённое сотрудниками Института биохимии изучение роли ферментов в чайном производстве позволило существенно рационализировать технологию последнего и резко повысить» качество готового продукта, его аромат, окраску.

Аналогичную роль играют ферментативные биохимические процессы и в таких производствах, как хлебопечение, пивоварение, винокурение. Помимо ферментов исходного сырья здесь используются также ферменты дрожжей, солода.

Виноделие и пивоварение, известные уже в течение многих тысячелетий, в основе своей также являются ферментативными производствами. В основе процессов старения вина, в результате которого напиток приобретает свойственный ему вкус, аромат, цвет и т. д., лежат главным образом окислительные превращения дубильных веществ. Так как окислительные ферменты в виноградных ягодах мало активны, то процессы эти протекают очень медленно. Путём прибавления препарата фермента пероксидазы в некоторых случаях удаётся добиться ускорения созревания столовых вин с 2 - 3 лет до нескольких месяцев.

Таковы некоторые примеры, показывающие, какое важное значение имеет биохимия для технологии сельскохозяйственных продуктов.

Отличительные черты советской биохимии - тесное, неразрывное сочетание теории и практики, направленность на решение важных производственных задач. Основоположник советской биохимической науки, ныне покойный Алексей Николаевич Бах, постоянно внушал своим ученикам и сотрудникам, что нет теоретической науки и науки практической. Имеется одна лишь наука и её приложение к практике. Лишь в тесном общении с практикой наука черпает стимул для дальнейшего развития. С другой стороны, нет ничего более практичного, чем хорошая, правильная теория, та теория, которая, по словам нашего вождя товарища И. В. Сталина, «даёт практикам силу ориентировки, ясность перспективы, уверенность в работе».

Именно над созданием такой теории и работают советские биохимики, объединяя свои усилия с многомиллионной армией практических работников для получения в нашей стране изобилия сельскохозяйственных продуктов.

• Страницы:
• 1
• 2
• следующая

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.