Юный Натуралист 1987-02, страница 27

25

Пришлось срочно завозить новое, но и оно очень быстро портилось.

Была создана специальная лаборатория, занявшаяся выяснением причин бедствия. Дело оказалось непростым, найти виновника удалось далеко не сразу. Потребовалось несколько лет напряженной работы, пока не выяснили, что на армию США напал микроскопический гриб триходерма вириде.

Эта история сыграла важную роль в решении научной проблемы под названием «ферментативный гидролиз целлюлозы».

Целлюлоза, или клетчатка,— самое распространенное на нашей планете вещество. Растения производят ее ежегодно в миллиардах тонн, чтобы строить оболочки своих клеток. Клетчатку содержат и листья, и стебли, и оболочки семян. После сбора урожая на полях остаются миллионы тонн соломы, стеблей злаков. Используются они лишь частично.

Чистая клетчатка — волокна хлопчатника, или обыкновенная вата. Когда химики исследовали ее состав, то оказалось, что длинные молекулы целлюлозы состоят из кирпичиков глюкозы, или виноградного сахара. Но вся беда в том, что молекулы глюкозы соединены в целлюлозных волокнах очень прочной связью. Пытались ее разорвать самыми разными способами: обработкой горячим паром под давлением, крепкими кислотами и щелочами, даже облучением. Из всех этих способов наиболее экономичным оказался способ кислотной обработки.

Но у кислотного гидролиза целлюлозы масса недостатков. Быстро выходит из строя оборудование, разъедаемое кислотой. В получаемом продукте много примесей, в том числе токсичных, ядовитых, например, фурфурол.

Ученые все пристальнее вглядывались в мир живой природы. Вот если бы поделились опытом жвачные животные! Те же коровы/йсправно жуют траву и сено, содержащие большую часть клетчатки, а при необходимости — и солому. Им не нужны ни кислоты, ни щелочи, ни высокие температуры, ни перепад давлений. Исследования показали, что в желудке жвачных живут особые бактерии, помогающие перерабатывать клетчатку. Секрет разложения клетчатки знают и грибы-трутовики, обитающие на

деревьях, и некоторые улитки, но больше всего таких «специалистов» в мире микроорганизмов.

К концу 1960-х годов ученые, работавшие во многих лабораториях мира, описали и изучили множество таких микроорганизмов. Их научились выращивать, культивировать на особых питательных средах, выделили самые активные штаммы. Наиболее перспективной из них оставалась все та же триходерма, микроскопический гриб, обитающий в почве. Казалось бы, недалеко и до практического применения исследований. Тем более было установлено, что микроорганизмы способны производить глюкозу в очень чистом виде. Но на пути практического использования микроорганизмов оказалось много трудностей.

Поговорим немного о ферментах. Целлюлолитическими химики называют те ферменты, которые разрушают целлюлозу. Их еще именуют целлюлазами (окончанием «аза» вообще принято обозначать ферменты). Ферментов существует великое множество — больше двух тысяч. Их объединяют в группы по способу и направленности действия. Кроме целлюлаз, есть еще, например, протеазы, действующие на белки, амилазы, расщепляющие крахмал, липазы, гидролизующие жиры.

Ферменты играют колоссальную роль в живом организме. Недаром академик И. П. Павлов назвал ферменты «возбудителями жизни». Без их участия не проходит ни одна биохимическая реакция. Это биологические катализаторы. Но в отличие от обычных катализаторов, то есть веществ, ускоряющих и облегчающих течение химических реакций, ферменты обладают более высокой скоростью действия и более высокой специфичностью.

Поручить микроорганизмам превращать целлюлозу в глюкозу означало на деле использовать их ферменты. Но хотя ученые и научились выращивать микроорганизмы, неясно было главное: как ферменты работают, каков механизм их действия.

Эту задачу и предстояло решить молодым ученым-химикам, которые в начале 70-х годов приступили к изучению ферментативного гидролиза целлюлозы.

Необходимо было создать теорию действия ферментов на целлюлозу. Ведь не случайно же говорится, что нет