Вопрос 58. Освоение каталитического опыта живой природы.

Наиболее перспективные пути освоения каталитиче­ского опыта живой природы ведут к созданию промышленных аналогов химических процес­сов, происходящих в живой природе.

Первый из данных путей — развитие исследований в области металлоком­плексного катализа с постоянной ориентацией на соответствующие объекты живой природы. Начальные шаги в этом направлении сделаны в 1954 г. немец­ким химиком К. Циглером (1898—1973), обнару­жившим стереоспецифическую полимеризацию олефинов и диенов при наличии комплексных титаналюминий­органических соединений. В 1964 г. была открыта фиксация атмосферного азота в присутствии металлокомплексов, что послужило началом многолетних иссле­дований кинетики и механизма такой реак­ции. Ныне реализовано более 40 мно­готоннажных про­мышленных процессов с участием металлокомплексных ката­ли­заторов.

Второй путь, ведущий к решению конкретных задач освоения ка­талитического опыта живой природы, заключается в моделировании биокатализаторов.Моде­лирование отдель­ных функций изолированных ферментов оказалось не только возможным, но и реализуемым разными способами. Но ни одна до сих пор по­лученная модель не в состоянии заменить природные биокатализаторы, дейст­вующие в живых системах.

Поводом к осознанию необходимости изуче­ния химической эволюции явились исследования в об­ласти моделирования биокатализаторов. Исследования искус­ст­венного отбора каталитических структур ориентированы на есте­ственный от­бор. Главным стимулом развития исследований в области эволюционной хи­мии являются теперь уже реально достигнутые успехи так назы­ваемой нестационар­ной кинетики, или динамики химических систем.

Третий путь к освоению приемов живой природы сопряжен с химией иммобили­зованных систем.Накопленная информация об уникальных качествах биоката­лизаторов указывает на их край­нюю лабильность, неустойчивость при хранении и быструю по­терю активности при перенесении в реакционные системы. Все попытки ис­пользовать богатейший набор ферментов, которым располагает при­рода, для осуществления лабораторных и промышленных процессов, наталки­вались на, казалось бы, неразрешимые про­блемы: 1) трудную доступность чис­тых ферментов и их непо­мерно высокую стоимость; 2) их нестабильность при хранении и транспортировке; 3) быстро наступающую потерю их активности в работе, даже если удавалось их выделить и пустить в дело.

Но, главное, открыты пути ста­билизации ферментов и создания иммобилизо­ванных систем или биоорганического катализа. Сущность иммобилизациисо­сто­ит в закреплении выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности путем адсорбции, которая превращает последние в гетерогенный катализатор и обеспечивает его ста­бильность и непрерывное действие.

Основная масса работ в области химии иммобилизованных систем появилась относительно недавно. В этой области в зна­чительной степени благодаря систе­матическим исследованиям русского химика И. В. Березина (1923— 1987) и его сотрудников достигнуты большие успехи.. Намечаются пути примене­ния иммо­билизованных веществ, выделенных микроорганизма­ми, для тяжелого органи­ческого синтеза, в частности, для полу­чения на основе парафинов и ароматиче­ских углеводородов спиртов, альдегидов, кислот, окисей. Изучаются перспек­тивы ферментативного обезвреживания сточных вод.

Четвертый путь в развитии исследований, ориентированных на применение принципов биокатализа в химии и химической технологии — изучение и освое­ние всего каталитического опыта живой природы,в том числе и опыта форми­рования самого фер­мента, клетки и даже организма. При этом рождаются ос­новы эволюционной химии и принципиально новые химические тех­нологии, способные создать аналоги живых систем.