Химический анализ живой природы

Субстратное направление эволюционной химии связано с выявлением материального субстрата жизни, т. е. химического состава живых организмов. Выяснилось, в частности, что природа оказалась привередливой в отборе необходимых для жизни компонентов, используя примерно 1/10—1/5 изо всех возможных материалов. Так, более чем из 100 химических элементов, открытых к настоящему времени, многие участвуют в жизнедеятельности живых организмов. При этом только шесть элементов (они получили название органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера) составляют основу живых систем. Их весовая доля в живом организме составляет 97,4%. Кроме того, биологически важен еще один ряд элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт^[1]. Эти элементы часто называют микроэлементами, поскольку их содержание в организме ничтожно мало (от 10−2 до 10−7% массы соответствующего органа), но они необходимы живым организмам. Современная медицина считает, что для человека 43 элемента являются незаменимыми1.

Какие требования предъявляла природа в процессе столь тщательного отбора? Как подчеркивает В. И. Кузнецов, «определяющими факторами здесь выступают требования соответствия между строительным материалом и объектами с высокоорганизованной структурой»^[2][3]. Отбирались природой элементы, обладающие способностью к образованию прочных и энергоемких химических связей, а также к формированию лабильных^[4] связей, легко подвергающихся гомолизу^[5], гетеролизу^[6], циклическому перераспределению между живой и косной природой.

Особую роль природа отвела углероду, который способен образовывать почти все известные ныне типы химических связей. Его атомы в одном и том же соединении способны быть и акцепторами, и донорами электронов. Азот, фосфор и сера, а также микроэлементы, являющиеся активными центрами ферментов, — железо и магний — проявляют лабильность. Кислород и водород выступают носителями окислительных и восстановительных реакций в организме.

Только 20 аминокислот из 100 известных входят в состав белков; только четыре нуклеотида из многих известных входят в состав ДНК и РНК и несут ответственность за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах.

О единстве субстратной основы живой материи свидетельствует факт идентичности аминокислотного состава гемоглобина самых низших позвоночных животных и человека; сходен состав ферментативных средств и состав веществ, накапливаемых впрок, и у разных видов растений.

• [1] Подробнее см.: Кузнецов В. И. Общая химия: тенденции развития. С. 194.
• [2] Минеральные вещества и микроэлементы. URL: http://www.tiensmed.ru/articles/correctfeedl6.html (лата обращения: 05.11.2015).
• [3] Кузнецов В. И. Общая химия: тенденции развития. С. 195.
• [4] Лабильность (от лат. labilis — скользящий, неустойчивый) — высокая подвижность, способность химических элементов устанавливать многочисленные связи с другими элементами.
• [5] Гомолиз — гомогенный катализ, реагенты которого находятся в одной (газовой илижидкой) стадии.
• [6] э Гетеролиз — гетерогенный катализ, при котором реакция происходит на границе раздела твердого тела и газообразной или жидкой смеси реагентов.