Золото, пуля, спасительный яд

Еще одна амбициозная цель: создание новых ферментов, природных катализаторов, которых нет в природе. Сделать это стало возможным в результате глубокого проникновения в устройство ферментов и в механизм их формирования. Зная это, можно растянуть или сжать глобулу фермента, изменяя таким образом размер “замочной скважины” и настраивая фермент на новый субстрат. Можно дополнительно сшить полипептидную цепь фермента и застабилизировать его третичную структуру, препятствуя денатурации. Можно ввести в фермент новые аминокислотные фрагменты, повышающие, например, его термостабильность или способствующие фиксации на твердом носителе. Можно, наконец, внести изменения в состав активного центра фермента и тем самым создать катализатор принципиально новой реакции. Возможности такого тонкого конструирования на наноуровне практически безграничны, и это то, что с полным правом может называться нанотехнологиями.

Эти работы пока мало известны широкой общественности, но мне кажется, в ближайшие годы нас ждет вторая волна бума ферментативного катализа. Дело в том, что мы постепенно и неотвратимо возвращаемся к природе. Взлет цен на углеводородное сырье и экологические соображения заставляют уделять все большее внимание возобновляемым источникам сырья. А это в свою очередь повлечет за собой изменение всей идеологии химической промышленности. Так называемое биотопливо можно залить в бак автомобиля, и он после этого поедет. В химической промышленности это не проходит. В реактор, рассчитанный на углеводородное сырье, нельзя засыпать глюкозу, получаемую при гидролизе целлюлозы. То есть засыпать, конечно, можно, но ничего путного не получится. Необходимо разрабатывать новые технологии, причем принципиально новые, потому что все наше научное и технологическое мышление было заточено под углеводородное сырье, а что делать с кислородсодержащими природными соединениями, мы, честно говоря, понятия не имеем[23].

И вот здесь следует ожидать выхода на передний край ферментов, которые умеют управляться с природными веществами гораздо лучше химиков. Так что ферментативный катализ (=нанотехнологии) – это наше будущее с большой вероятностью. Поживем – увидим.

Глава 6 Жизнь одного химика

В предыдущей главе мы упомянули о катализе как об одном из важнейших химических явлений, но затем, увлекшись ферментами – образцовыми наноразмерными объектами, ушли далеко в сторону, сканируя поле биохимии. Теперь вернем иглу нашего исторического микроскопа назад и рассмотрим катализ в его наиболее распространенном, “классическом” варианте.

До систематических исследований катализа как явления наука доросла лишь через много десятилетий после его открытия – в конце XIX – начале XX века. Важность получаемых результатов была оценена быстро – одна из первых Нобелевских премий по химии была присуждена в 1909 году уже встречавшемуся нам на страницах книги Вильгельму Оствальду “за изучение природы катализа и основополагающие исследования скоростей химических реакций”. В 1912 году Нобелевскую премию получил французский химик Поль Сабатье (1854–1941) “за предложенный им метод гидрогенизации органических соединений в присутствии мелкодисперсных металлов, который резко стимулировал развитие органической химии”. Промышленная реализация каталитических процессов также не заставила себя долго ждать. Фриц Габер (1868–1934) и Карл Бош (1874–1940) разработали процесс каталитического синтеза аммиака из водорода и атмосферного азота при высоком давлении. За этой скучной формулировкой скрывается один из важнейших прорывов в истории человеческой цивилизации. Дело в том, что азот – необходимый элемент для построения клеток всех живых организмов, но ни растения, ни тем более мы, высшие животные, не способны усваивать азот напрямую из воздуха, так что все мы были заложниками жизнедеятельности и производительности специальных почвенных бактерий, ответственных в природе за этот процесс. Процесс Габера открыл путь к крупномасштабному производству азотных удобрений и резкому росту урожайности сельскохозяйственных культур. За это Фрицу Габеру присудили Нобелевскую премию по химии в 1918 году. Карл Бош также получил свою Нобелевскую премию в 1931 году “за заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии”.