Химмияның бұрыннан келе жатқан мақсаты лабораториялық жағдайда тірі ағзаны жасау болғанымен, көпке дейін химия мен биологияөз жолдарымен дами берді. Өрбіген бұл идея алхимия кезінен бастап пайда болғанымен, XVI ғасырға дейін басты мақсаттың ұстамы болып келді.

Бірақ XVII ғасырда ғалымдар арасында іске аспайтын және сол себепті алхимия идеялары өтірік деген көзқарас қалыптасты. Осындай артық бағалауға мүмкіндік берген, оң білімдер алхимияның өзіндік даму кезіндегі жиналған нәтижелері болатын. Соның нәтижесінде алхимияның бағыттары «философиялық тасты» және әмбебап еріткішті іздеуде беделін түсіріп алған болатын.

Алхимияның үшінші идеясы көп жасататын электр, өзінің аты шулы мәнін, денсаулықты сақтау және ауруларды емдеу үшін қолданатын химиялық препаратын жоғалтпай сақтап қалды. Соған қарамастан химиялық білімнің алғашқы дәуіріндегі биологиялық идеялар химиктердің биологиялық мәселелерге деген тұрақты дәстүрін анықтады, бірақ сол кезде өлі мен тірінің өтілмейтін шегі қалыптасқан болатын. XIXғасырдың басында химия мен биологияның өзара әсерлесу процессі күшейді, сол кезде химияның құрамында екі өз беттерінше ғылыми салалар – бейорганикалық және органикалық химия пайда болды. Химия мен биологияның өзара әсерлесуіне қатысты мәселеге ең үлкен қызығушылықты органикалық химия көрсетеді.

Органикалық табиғат органик – химиктерге өзінің керемет жасалған үлгілерін көрсетеді, олар тегі өсімдік пен жануарлардан шыққан заттардыхимиялық лабораторияларда осы заттарға ұқсас етіп қайта шығару. Осылайша химиктер үшін органикалық химияның дамуына үлкен әсер еткен «биологиялық идеал» пайда болды. Химия мен биологияның өзара байланысын тез бекіткен, А.М. Бутлеровтың органикалық қосындылардың химиялық құрылым теориясын құруының нәтижесінде болды. Бұл теорияны басшылыққа алған химик – органиктер өздерінің «бәсекелесі» – табиғатпен жарысқа түсті.

Химиктердің келесі әулеті заттарды жіктеу бағытында үлкен өнертапқыштық, еңбекқорлық, қиялшылдық және ізденімпаздық табуда көп жетістіктерге жетті. Олардың ойында табиғатқа ұқсау ғана емес, одан озып кету болатын. Бүгінгі күндерде біз сеніммен айта аламыз, себебі көп жағдайларда олар бұған жетті де. Тек XIXғасырдағы ғылымның жайлап дамуы атомның құрылымын ашуға және жасушаның құрамын, құрылуын тануға алып келуі, химиктер мен биологтардың алдында көп проблемалардың үстінде бірігіп жұмыс істеу мүмкіндігін ашты, соның бірі – химиялық реакциялар мен биологиялық қызмет ету аясының шарттығы туралы ілім.

Шынымен, А.И. Опарин жасағандай, ағза ішіндегі зат алмасуға тек қана таза химиялық көз қараспен қарасақ, онда біз көптеген салыстырмалық түрдегі қарапайым және біртекті химиялық реакциялардың жиынтығын көреміз. Олар бірімен-бірі уақыт бойынша санасады және кездейсоқ өтпейді, қатаң жалғасады, соның нәтижесінде ұзын реакциялар тізбегін құрайды. Бұл тәртіпті заңдылық қоршаған ортаның берілген жағдайында тұрақты, барлық жүйеде тұтас өзін-өзі сақтау және өзін-өзі қайталау бағытында өтеді.

Сондықтан тірінің арнай қасиеттері: өсуі, көбеюі, қозғалғыштығы, қозуы, сыртқы ортадағы өзгерістерге жауап беру қабілеті және т. б. химиялық айналымдардың белгілі бір шараларымен байланысқан. Сол себепті химияға басқа ғылымдар ішінде тіршілікті зерттеуде негізгі рөлді береді. Тек химияға фотосинтездің химиялық негізі ретінде хлорофилді, демалу процессінің негізі ретінде гемоглобинді, жүйкенің қозуының химиялық табиғатын анықтауда, нуклейн қышқылының құрылуын анықтауда және т. б. ең маңызды рөлді атқару берілген. Бірақ ең бастысы болып саналатыны биологиялық процесстердің өзінің негізінде, тіршілік қызметінің негізінде химиялық механизмдер жатыр.

Тірі ағзада өтіп жатқан барлық процесстер мен істерді химия тілінде көрсетуге болады. Әрине, тіршіліктегі құбылыстарды нақты химиялық процесстерде енгізу дұрыс болмайды. Бұл механистикалық жеңілдету өрескел болатын еді.

Мұның жарқын айғағы болып, өлімен салыстырған тірі жүйедегі химиялық процесстердің арнайы түрлері болып саналады. Осы арнайылықтар химия мен материя қозғалысының биологиялық түрлерінің өзара байланысы мен бірлігін көрсетеді. Осы туралы бология, химия және физика ғылымдарының түйісінде пайда болған басқа ғылымдарды айтады. Мысалы; биохимия – тірі ағзалардағы заттардың ауысулары туралы процесстер, биоорганикалық химия – тірі ағзаны құрайтын құрылыс қызметі және қосылыстарды жіктеу жолдары туралы; физика-химиялық биология – ақпаратты тарататын күрделі жүйелердің қызметі және молекулалық деңгейді реттейтін биологиялық процесстер туралы, тағы да биофизика, биофизикалық химия және радиациялық химия.

Бұл процесстердің ғылыми жетістіктері болып жасуша метаболизмнің механизмдерінің химиялық өнімдерін (өсімдіктердегі, жануарлардағы, микроағзалардағы зат алмасу); осы екі өнімдердегі биожіктеу циклдері мен биологиялық жолдарды орнатукезінде регулятивтік және тұқым қуалаушылықтың молекулалық механизмінің материалдық негізін ашатын жасанды жіктелу іске асты, сонымен қатар жеткілікті дәрежеде химиялық процесстердің энергиясының мәні анықталды, әсіресе жасуша мен тірі ағзаларда.

Қазіргі кезде химия үшін ерекше қажетті болып, биологиялық принциптерді пайдалану саналады, себебі онда көптеген миллион жылдар ішінде тірі ағзаларды жердегі жағдайға қалыптастыру және жетілген механизмдер мен процесстерді құру тәжірибелері жиналған ол туралы толығырақ айту қажет.

Бұрын XIXғасырда ғалымдар түсінген болатын, биологиялық процесстердің тиімділігінің негізі болып биокатализ саналады.

Сондықтан химиктер өз мақсаттары ретінде тірі табиғаттың каталитикасы тәжірибесі негізінде жаңа химияны құруды ойлаған. Химиялық процесстерді жаңаша басқару пайда болады, онда өзіне ұқсас молекулаларды жіктеу принциптерін пайдалана бастайды және ферменттер принцип бойынша сапалары әр түрлі биокатализаторлар жасала бастайды және олар біздің өндірісте барларынан артық болады.

Соған қарамастан ферменттер барлық катализаторларға тиісті жалпы қасиеттерге ие болады және соңғысына сәйкес блмайды, себебі тірі жүйенің ішінде қызмет етеді. Сол себепті тірі табиғаттың тәжірибесін химиялық процесстерді бейорганикалық әлемде үдету үшін пайдаланушылар байыпты шеттетілумен кездеседі. Қазірше әңгіме тек ферменттердің кейбір қызметтерімен үлгілеу туралы болуы мүмкін және олардың жеке бөліктерін химиялық реакцияларды үдету үшін қолдануға болады. Бұл жерде ең перспективті бағыт болып, әрине, биокатализ принциптерін химия мен химиялық технологияға бұрған зерттеулер саналады, ол үшін тірі табиғаттың барлық каталитикалық тәжірибелерін ферменттердің өзін, жасушаларда және ағзаның өзін тұжырымдау қажет. Осы жерде эволюциялық химияның жаңа ғылым ретінде негізі қаланды, ол тірі жүйелердің ұқсастық болуына қабілеті бар жаңа химиялық технология. Химиялық жүйеден биологиялыққа өту процессінде шешуші рөлді биокатализ атқарды, яғни эволюцияның биология алды кезеңінде көптеген мәліметтермен дәлелденді.

Осындай реакциялар жаңа құрылымдардың пайда болуы және пайдаланған химиялық реагентті алып тастау есебінен арнайы кеңістік және уақыттың құрылымдарымен қатар жүреді. Бірақ өзін-өзі ұйымдастыратын ашық физикалық жүйелерден ерекше берілген химиялық реакцияларда қажетті мәнді каталитикалық процесстер алады. Бұл процесстердің рөлі химиялық жүйелердің құрамы мен құрылымы күрделене бастаған сайын күшейеді. Тек осының негізінде кейбір ғалымдар тікелей химиялық эволюцияны каталитикалық жүйелердің өзін-өзі ұйымдастыруын өз бетінше дамуымен байланыстырады. Бұл жерде есте сақтайтыны тіршіліктің қарапайым түрлеріне өтуі тек сондай химиялық элементтер және олардың қосындылары биологиялық жүйелерді құрудағы негізгі құрылыс материалдары болып саналады және оларды арнайы дифференциалдық түрде сұрыптау керек. Осындай элементтер химияда органогендер деп атала бастады.

Осындай жақындау жолының нәтижесінде биологиялық эволюцияға ұқсас химиялық элементтер мен құрылымдарды сұрыптау туралы ақпарат пайда болды. Осы уақытқа дейін химиялық ғылым 110 химиялық элементтерді ашты. Олардың көбі тірі ағзаларға кіреді және тіршілік жасауына қатысады.

Бірақ ағзаның тіршілік етуін қамтамасыз ету ісіне тек алты химиялық элементтер – органогендер қатысады. Олар сутегі, көміртегі, оттег, азот, фосфор, және күкірт. Олардың тірі ағзалар құрамындағы қосындысының салмақты үлесі 97,4% құрайды. Олардан кейін қажеттілігі бойынша 12 элемент кіреді, олар биологиялық жүйелердің көптеген физиологиялық өте қажетті компоненттерін құруға қатысады. Олар натрий, калий, кальций, магний, алюминий, темір, кремний, хлор, мыс, цинк, кобальт, никель. Олардың ағзадағы салмақтық үлесі 1,6% құрайды. Одан басқа тағы да 20 элементтер биологиялық жүйелердің кейбір енсіз тар бөліктерінің қызмет етуіне және құрылуына қатысады және олардың салмақтық үлесі 1% жуықтап құрайды. Барлық басқа қалған элементтер биологиялық жүйені құруға қатыспайды.

Химия әлемінің жалпы көрінісі сенімді түрде элементтердің таңдап алуын көрсетеді. Қазіргі кезде химиялық ғылымда белгілісі 8 млн-ға жуық қосындылар бар. Олардың ішінде көп бөлігін, 96%-ын органикалық құрылымдар құрайды, олар бар жоғы 8-10 элементтер негізінде пайда болған. Ал қалған 95-96 химиялық элементтерден табиғат тек бар жоғы 300000бейорганикалық қосындыларды құрды. Жерде органогендерден көп тарағаны оттегі мен сутегі. Көміртегінің, азоттың, фосфордың және күкірт жердің беткі қабаттарында таралу дәрежесі бірдей және жалпы көп емес – 0,24%-ға жуық. Ғарышта бөлінбей өзара үстемдік ететін тек екі элемент ғана – сутегі және гелий, ал қалған элементтерді оларға қосымша ретінде қарастыруға болады.

Осындай органикалық және бейорганикалық қосындылардың арасында күрт диспропорция болуы және төтенше дифференциалдық талдау арқылы органогендерді алу химиялық элементтердің ғарышта және жерде әртүрлі таралуларымен түсіндіру мүмкін емес, органикалық жүйелерді, әсіресе биожүйелерді қалыптастыру кезінде химиялық элементтерді таңдап алуда анықталған факторлар сол элементтердің белгілі бір шарттарына сәйкес боуы керек:

  1. Берік қабілеттілікті құру және олай болса электрошылдылық химиялық байланыста.
  2. Бұл байланыстар тұрақсыз болуы керек (яғни жаңа әртүрлі құрылуға қабілетті болуы керек).

Сол себепті көміртегі басқа көптеген элементтер ішінде нөмірі бірінші органоген ретінде таңдап алынған. Ол басқа элементтерден бөлек өзінің ішінде өте сирек химиялық қарама-қарсылықты сиғызуға және тұруға қабілетті және олардың бірлігін ішкі қайшылықты тасымалдаушы ретінде іске асырады. Құрылымды талдау қалай жүреді, оның механизмі қандай екенін айту өте қиын. Химиялық элементтердің ішінен тек 6 органогенді және 10-15 басқа элементтерді табиғат таңдап алған және олардан биожүйелердің негізін құру сияқты, эволюцияның негізінде химиялық қосындыларды да ұқыпты таңдап алу жүрді.

13 миллион органикалық қосылыстардан тіріні құруға тек ғана бірнеше жүз шақтысы, 100 танымал аминқышқылдардың ақуыздың құрамына тек қана 20-сы кіреді.             ДНК және РНК клеотидтен тек төртеуі ғана барлық күрделі полимерлік нуклеиндік қышқылдарының негізінде жатыр. Олар тұқымқуалаушылық пен ақуыз жіктелуінің кез-келгені тірі ағзалардың регуляциясына жауапты.

Бүгінгі күндердегі анық белгілі болғаны эволюция барысында белсенділігінің тез артуына және каталитикалық топтарына таңдаулы әсеріне жәрдем берген құрылымдар алынды. Қазір кейбір қорытындыларда бар:

  1. Әлемнің химиялық эволюциясын ерте дәуірлерінде катализ тіпті жоқ болатын. Бір жағынан жоғары температура жағдайы (5000К), электр разрядымен радиациясы конденсацияланған күйдің пайда болуына қарсылық білдірсе, ал екінші жағынан энергетикалық кедергіні жеңуге қажетті энергия үздігін жабуға толығымен жетеді.
  2. Катализдің алғы көрінісі шарттардың жұмсаған кезінде және алғашқы қатты денелердің пайда болуынан басталады.
  3. Физикалық шарттар жердікіне жақындаған сайын катализатордың рөлі артады. Бірақ катализдің жалпы мәні күрделі органикалық молекулалары азды-көпті құрылуына дейін катализдің маңызы әлі де болса жоғары бола алмады.
  4. Химиялық жүйелердің бастапқы күйлеріне жеткеннен соң, яғни органикалық және бейорганикалық қосындыларының минимум сандары белгілі болғанда олар фантастикалық жылдамдықпен арта бастады.

Қарапайым ашық каталитикалық жүйенің өзін-өзі дамыту теориясы өзінің жалпы түрінде 1964 жылы ММУ профессоры А.Н. Руденко ашқан химиялық эволюциясы мен биогенездің жалпы теориясы болып саналады. Ол эволюциялық процесстің механизмдері мен қозғалыстағы күштер мәселелерін шешеді, яғни химиялық эволюциялық элементтер мен құрылымдарды сұрыптау және олардың жекелегені эволюция салдары сияқты химиялық жүйелердің бастапқы сатысын ұйымдастыру биіктігі туралы заңдар. Бұл теорияның маңызы мынада: химиялық эволюция өзінің каталитикалық жүйесінің өзін-өзі дамытуын көрсетеді және олай болса эволюцияланған зат болып катализаторлар саналады. Реакция барысында ең көп белсенділікке ие каталитика орталықтарыңың табиғи сұрыпталуы жүреді.

Өзін-өзі дамыту, өзін-өзі ұйымдастыру және каталитикалық жүйелердің өзін-өзі күрделендіруі трансформаторлардан энергияның тұрақты құйылу есебінен болады. Осылайша энергияның негізгі көзі болып базистік реакция саналады және эволюцияның максимал артықшылығы экзотермиялық реакциялар базасында дамыған каталитикалық жүйелер алады. Осыдан базистік реакция тек қана энергия көзі емес, катализатордың өзгеруінің прогрессшіл эволюциясыныңең көп сұрыптаудың құралы болып саналатындығы шығады. Сонымен бірге А.П. Руденко химиялық эволюцияның негізгі заңын тұжырымдады. Соған сәйкес ең көп жылдамдықтың және ықтималдылықпен катализатордың эволюциялық өзгеру жолдарынан құралады, олардың бірінде оның абсолюттік активтігінің максимал мәні артады.

Ашық каталитикалық жүйенің өзін-өзі дамыту теориясының «практикалық салдары» болып, стационарлық емес технология саналады, яғни реакция шарттарының өзгеруші технологиясы. Бүгінгі күндері зерттеушілер мынадай қорытындыға келіп отыр: стационарлық тәртіп тұрақталған үміт өндірістік процесстердің ең жоғарғы тиімділігінін кепілі стациорнарлық тәртіп, тұрақталған үміт өндірістік процесстің ең жоғарғы тиімділігінің кепілі стационарлық емес тәртіптің жеке шарттары болып болып отыр. Сонымен бірге анықталған көптеген стационарлық емес тәртіптер реакциясының интенсивтігіне жағдай туғызып отыр.

Бүгінгі күні жаңа химияның құрылуы мен дамуы, жетілгені анық, болашағы жарқын. Енді осының негізінде аз шығынды, шығынсыз және энергия сақтаушы өндірістік технологиялар пайда болады.

Пайдаланылған әдебиеттер:
М.Х. Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университеті, М.Т. Кейкіманова, З.Ә. Сайымқұлов, Д.С. Узбекова, ҚАЗІРГІ ЗАМАНҒЫ ЖАРАТЫЛЫСТАНУ КОНЦЕПЦИЯЛАРЫ (жаратылыстану бағыттары үшін)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *