Эволюционная химия вошла в науку в 50—60-х годах. Под эволюционными проблемами химии понимают процессы самопроизвольного синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высоко организованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Развитие эволюционной химии связано со стремлением ученых понять как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Разработкой этих вопросов занимались Й. Берцелиус, Ю.Либих, П. Бертло и многие другие.
Исследования последнего времени направлены на выяснение как материального состава растительных и животных тканей, так и химических процессов, происходящих в организме.
Перечислим основные проблемы современной эволюционной химии:
• развитие исследований в области металлокомплексного катализа с ориентацией на соответствующие объекты природы;
• моделирование биокатализаторов (в частности, построение моделей ферментов);
• создание иммобилизованных систем (закрепление выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности путем адсорбции);
• изучение и освоение всего каталитического опыта живой природы (формирование фермента, клетки и организма).
Одним из основных понятий эволюционной химии является понятие «самоорганизация». Самоорганизация отражает законы такого существования динамических систем, которое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни сложности и системной упорядоченности, или материальной организации.
Существуют два подхода к проблеме самоорганизации предбиологических систем: субстратный и функциональный. Субстратный подход к проблеме биогенеза связан с накоплением информации об отборе химических элементов и структур. Многие из химических элементов участвуют в жизнедеятельности биоорганизмов. Но основу живых систем составляют только шесть элементов (органогенов): углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера (общая их весовая доля в организмах составляет 97,4%). Еще двенадцать элементов принимают участие в построении компонентов биосистем: натрий, калий, кальций, магний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель (весовая доля ≈1,6 %). К этому добавляются около двадцати элементов, участвующих в построении и функционировании узко специфических биосистем.
Известно около восьми миллионов химических соединений, из которых 96% — органические, а 4%, т.е. ≈ 300 тысяч — неорганические.
Биохимические условия не играют существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем. Определяющими факторами здесь выступают требования соответствия между «строительным материалом» и объектами с высокоорганизованной структурой. Эти требования сводятся к отбору элементов, способных к образованию достаточно прочных и энергоемких химических связей, а также лабильных связей. В ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп.
Предполагают, что процесс химической эволюции включал в себя несколько этапов:
• протекание процессов физической и химической адсорбции, которые вносили элементарное упорядочение во взаимное расположение частиц, увеличивали их концентрацию и служили фактором проявления каталитического эффекта;
• создание группировок, обеспечивающих процессы переноса электронов и протонов;
• формирование группировок, дающих энергетическое обеспечение;
• развитие полимерных структур типа РНК и ДНК. На ранних стадиях химической эволюции отсутствовал катализ. Катализ начинает появляться по мере того, как физические условия приближаются к земным. Отбор активных соединений в природе происходил из тех продуктов, которые получались относительно большим числом химических способов и обладали широким каталитическим спектром.
Эволюционная химия активно развивается. Среди новейших ее направлений — нестационарная кинетика, которая изучает управление нестационарными процессами
Поможем написать любую работу на аналогичную тему