Химия — союзник медицины

Исследуя работу пищеварительных органов, ученые заметили, что сложные молекулы жиров, углеводов, белков, составляющих нашу пищу, расщепляются на более мелкие части под действием особых веществ — ферментов. Это катализаторы, без которых все превращения в организме шли бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможной.

Ферменты в природе встречаются только в живых организмах; этим они отличаются от катализаторов, применяемых в технике. Ферменты — двигатели жизненных процессов, они помогают дышать, строить клетки и ткани. Если в организме не будет ферментов, он погибнет от истощения даже при избытке самых лучших питательных веществ, так как пища без ферментов не будет усваиваться.

При попадании пищи в желудок фермент пепсин ускоряет расщепление белков — разбивает их на полипептиды, а в кишечнике трипсин «рубит» их на еще более мелкие части — аминокислоты. Другие ферменты расщепляют углеводы на отдельные сахара, а жиры — на глицерин и жирные кислоты.

Для нормальной жизнедеятельности людей и животных нужна не только пища, но и воздух. Для дыхания также нужны ферменты.

В человеческом организме находятся тысячи различных ферментов и каждый из них имеет свою «специальность». Одни отщепляют фосфорную кислоту (фосфатазы), другие — водород (дегидрогеназы), третьи доставляют и присоединяют молекулу кислорода к окисляемому веществу (оксидазы).

«Природа ревниво оберегает свои тайны, — писал еще двести с лишним лет назад М. В. Ломоносов, — и ни малейшему в ней не должно приписывать чуду». Многое уже сделано в области изучения строения ферментов, однако ученым предстоит еще большая работа. Раскрыть строение молекул многих еще не исследованных ферментов — одна из серьезных задач современной науки.

Как же устроены ферменты? Одни из них — белки, другие же имеют в составе своих молекул кроме белков микроэлементы: железо, марганец, медь, цинк, серу.

Микроэлементы не всегда входят в состав ферментов, являясь вместе с ними «рулевыми» удивительных превращений. Но многие из них усиливают действие ферментов, т. е. являются их активаторами. Это молибден, ванадий, цинк, кобальт и др.

Однако есть и такие химические соединения, которые ведут себя по-разному: в одних случаях помогают ферментам, в других, наоборот, мешают, т. е. ингибируют процесс. Например, цианиды почти полностью блокируют дыхательный фермент, но повышают активность катепсина и некоторых других ферментов.

В крови человека и животных, в клетках растений имеется фермент, в молекулах которого присутствуют атомы цинка — карбоангидраза. Это вещество ускоряет выделение углекислого газа из легких и тканей, тем самым облегчает дыхание.

Дыхательный фермент содержит железо. Если его не будет, человек или животное погибает от удушья. Так бывает при отравлении цианистым калием, Он соединяется с железом, и человек моментально задыхается.

Фермент, помогающий переносу фосфора в наших тканях, содержит магний. Он не теряет своей чудодейственной силы, если вместо атомов магния в его молекуле появятся марганец или кобальт, железо или кальций. Доказано, что в некоторых ферментах один микроэлемент можно заменять другим.

Многие заболевания вызываются нарушением правильной работы ферментов или недостаточным их количеством в организме, поэтому при некоторых заболеваниях нужно блокировать фермент, т. е. уменьшить его активность с помощью каких-либо химических препаратов. Например, диакарб и гипотиазид угнетают активность карбоангидразы в почках, в связи с чем применяются в качестве мочегонных средств.

При некоторых заболеваниях, наоборот, нужно усилить действие ферментов. При расстройствах пищеварения, например, уже много лет пользуются пепсином и амилазой. Фибринолизин (плазмин), выделяемый из плазмы человеческой крови, применяют для лечения тромбоза коронарных артерий, тромбофлебитов. Не менее известен и фермент гиалуронидаза, увеличивающий проницаемость тканей и применяемый для рассасывания рубцов после ожогов и операций, при склеродермии.

Подобно ферментам, высокой биологической активностью обладают гормоны (от греческого слова «гормао» — побуждаю, возбуждаю). Вырабатываемые живыми клетками, они воздействуют на функции организма. Многие гормоны, как и ферменты, представляют собой соединения белкового происхождения, но в отличие от них не являются катализаторами, хотя и влияют во многих случаях прямо или косвенно на течение биохимических реакций в организме, ускоряемых ферментами.

У высших животных и человека гормоны вырабатываются в клетках эндокринных желез (железы внутренней секреции) — гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, половых желез, поджелудочной железы и др. До сих пор до конца не ясен механизм образования гормонов, однако установлено, что при отсутствии в пище достаточного количества необходимых для жизни аминокислот их синтез нарушается.