Filosofa.net

Молекулярные пучки.

Молекулярный пучок представляет со­бой струю молекул, образующуюся при испарении вещества в специальной печи и пропускании его через узкое сопло, форми­рующее пучок в камере, в которой поддерживается сверхвысо­кий вакуум, исключающий межмолекулярные столкновения. При направлении молекулярного пучка на реагенты — соединения, вступающие в реакцию, — при низком давлении (10-10 атм) каждая молекула может участвовать не более чем в одном столкновении, приводящем к реакции. Для осуществления такого сложного экс­перимента требуется установка сверхвысокого вакуума, источ­ник интенсивных сверхзвуковых пучков, высокочувствительный масс-спектрометр и электронные определители времени свобод­ного пробега молекул. За проведение этих экспериментов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет Беркли) и Дадли Херм-баху (Гарвардский университет) присуждена Нобелевская пре­мия по химии. Опыты с молекулярными пучками позволили оп­ределить, например, ключевые реакции при горении этилена, при котором в реакции этилена с кислородом образуется корот-коживущая молекула.

Достижения ядерной химии. Химия играет важную роль в ис­следовании свойств радиоактивных веществ и в разработке ра­диоактивных методов анализа, применяемых в различных отраслях естествознания. Одна из первых Нобелевских премий в об­ласти ядерных процессов была присуждена химику Отто Гану в 1944 г. за открытие деления ядер. В 1951 г. Нобелевская премия за открытие двух первых в Периодической системе трансурановых элементов была присуждена химику Гленну Сиборгу и его коллеге - физику Эдвину Мак-Миллану. Многие современные достижения науки о ядерных процессах получены при тесном взаимодей­ствии химиков, физиков и ученых многих других направлений.

С применением химических методов в течение всего лишь 15 лет синтезированы химические элементы с номерами от 104 до 109. Было найдено много новых изотопов элементов, расположенных выше урана. Исследования изотопов позволили не только количественно описать многие ядерные процессы, но и определить свойства, от которых зависит устойчивость атомных ядер.

Одна из интересных задач ядерной химии — обнаружение супертяжелых элементов, т.е. элементов, входящих предсказанный остров стабильности, включающий атомный номер 114.

В последние десятилетия методы ядерной химии нашли яркое применение при исследовании грунта планет Солнечной системы и Луны. Например, для химического анализа грунта Луны применялся трансурановый элемент. Такой метод позволил определить около 90% элементов в трех различных местах лунной поверхности. Анализ изотопного состава образцов лунного грунта, метеоритов и других небесных тел помогает сформировать представление об эволюции Вселенной.

Ядерная химия применяется и в медицине. Например США ежегодно назначается около 20 млн. процедур с приме нием радиоактивных препаратов. Особенно широко распространено лечение щитовидной железы радиоактивным йодом. Пр тика показывает, что химические соединения радиоактивн технеция обладают терапевтическими свойствами. Позитрона метод, основанный на взаимодействии с исследуемым обьекз позитронов, испускаемых короткоживущими изотопами углерода и фтора, а также применение стабильных изотопов в соче нии со спектроскопией ЯМР дают возможность исследования процессов обмена веществ в живых организмах и служат весьма эффективным средством ранней диагностики заболеваний.

Новая ядерная установка.

Одна из основных проблем атомной энергетики связана с нахождением таких условий протекания ядерных процессов, при которых можно было бы уме шить количество ядерных отходов и продлить срок службы атомных реакторов. Учеными разных стран отрабатываю многочисленные способы, способствующие решению этой весьма важной проблемы. Среди разных направлений в её peшении уже воплощается в металл новое направление в ядерной энергетике — так называемый электрояд, на который ученые возлап большие надежды. В Институте теоретической и экспериментальной физики Российской академии наук и в институтах других стран сооружается прообраз пока не известных практике ядерных установок, которые станут безотходными, экологически чистым более безопасными источниками энергии, чем многие из существующих. Действующая модель новой ядерной энергетической установки состоит из двух агрегатов — ускорителя элементарных частиц и бланкета — особого типа атомного реактора. Для технн ского воплощения этой новой идеи предполагается использовать старые атомные реакторы, выработавшие свой ресурс.

Химический синтез ДНК.

В полимерных молекулах ДНК природа кодирует информацию, необходимую для создания жи­вого организма. Цепочка из повторяющихся сложноэфирных фосфатных связей между сахарами образует жесткий скелет ДНК, на котором информация записывается с помощью осо­бого алфавита из четырех аминов аденина, тимина, цитозина и гуанина (А, Т, С, G). Последовательность таких циклических аминов кодирует информацию. Каждый из аминов содержит не­сколько атомов азота, ковалентно связанных с фрагментами сахаров. Двойная спираль ДНК включает водородные связи между аминами. Информацию, записанную в молекуле ДНК, можно прочитать, разрывая и вновь создавая относительно слабые во­дородные связи, совсем не затрагивая более прочные связи са­хар-фосфат в цепочке-матрице.

Первый химический синтез гена, осуществленный более 20 лет назад, потребовал многолетней напряженной работы. В промышленных лабораториях уже синтезированы гены инсули­на и интерферона. Произведен синтез гена для фермента рибо-нуклеозы, открывающей возможность изменять желаемым обра­зом физические и химические свойства белка. Однако самыми современными методами получаются фрагменты генов длиной в сотни пар оснований, а для дальнейших исследований нужны фрагменты в 100 и более раз длиннее.

Успехи генной инженерии.

В высших организмах, в том числе и в организме человека, доля нуклеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательность аминокислот в белках, составляет только около 5%. Установлено, что в осталь­ных нуклеотидных последовательностях ДНК закодирована ин­формация о форме молекул ДНК. Например, выгибание фуранозного цикла (пятичленного циклического моносахарида), ко­торый существует как в ДНК, так и в РНК, приводит к подвижности их скелета.

Современная молекулярная биология позволяет вводить поч­та любой отрезок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, который кодирует данная ДНК. А соломенная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеотидов - фрагменты генов. Такие фраг­менты генов можно применять для изменения исходной последо-тельности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот, т.е. белок со структурой и функцией, ранее не существовавшими в природе.

Данный метод осуществления специфических мутаци нормальных белках получил название мутагенеза. Он позво получить белки любой желаемой структуры. Кроме того, с раз синтезированная молекула гена, кодирующего белок, с мощью микроорганизмов может воспроизвести белок в угодных количествах.

Клонирование.

Успехи, достигнутые в разных отраслях естественных наук, открыли новые возможности в понимании строе геномов человека и других сложных организмов. Ученые научились соединять ДНК из разных организмов, определять и выделять сегменты ДНК, кодирующие нужный белок, определять ную тидные последовательности в больших фрагментах ДНК.

Найти единственно нужный сегмент ДНК, содержащие всего в одном гене, среди огромного количества генетическ материала клетки организма человека столь же трудно, как отыскать иголку в стоге сена. Решение данной проблемы дает при нение рекомбинантных ДНК. Фрагменты ДНК клетки встраиваются в миллион быстро делящихся бактерий. Каждая из бактерий, которые выращиваются отдельно, дает целую колонию своих потомков. Применяя методы диагностики, чувствительные к определенной функции гена, находят колонию бактерий, содержащую новый ген. Каждая из быстро растущих колоний бактер дает миллиарды одинаковых копий каждого гена. Поэтому такой ген можно выделить из бактерий в химически чистом виде. С помощью такого процесса — клонирования — очищены сегмен ДНК более 100 различных генов человека. Ещё большее число генов вьщелено из простейших организмов, таких, как дрожжи.