#жизнь #биология #химия #биохимия #молбиол #Шрёдингер К подго | Мета-Ф

#жизнь #биология #химия #биохимия #молбиол #Шрёдингер

К подготовке к курсу по биохимии решил подойти серьезно и освежить в памяти и более подробно разобрать основы органической химии. Для этого последовательно разбирал следующие видеокурсы, лежащие в открытом доступе: MIT 5.111 (принципы химической науки) --> UCI 51A (органическая химия, Университет Калифорнии, Ирвин) --> UCI 51B (органическая химия) --> UCI 51С (органическая химия) --> UCI 128 (химическая биология).

На химической биологии преподаватель рекомендовал обратить внимание на книгу Эрвина Шрёдингера What Is Life? («Что такое жизнь?»), изданную в 1945 г. по мотивам его лекций. Это очень небольшое произведение, которое, однако, сильно повлияло на исследования в области биологии. До этого времени физики и химики не сильно интересовались биохимией; даже бытовало мнение, что есть некоторое биологическое начало, делающее науки о жизни особенными.

В лекциях Шрёдингер обращает внимание, что любые происходящие процессы подчиняются статистическим закономерностям поведения молекул и поэтому могут быть объяснены при помощи концепций статистической физики (a.k.a. статистической механики, молекулярной термодинамики). Он воздает дань Больцману и Гиббсу, которые являются основоположниками теории на математическом уровне. Поведение молекул в живой клетке подчиняется тем же закономерностям, что и поведение молекул в воздухе, воде или камне. Эти закономерности носят статистический характер, который в итоге и определяет динамику системы, всегда двигающейся в сторону минимизации свободной энергии.

В частности, Шрёдингер рассуждает о хроматине как о нерегулярном кристалле. Будучи кристаллом, т. е. твердым телом, хроматин может поддаваться изучению с помощью соответствующих методов структурного анализа. Эти мысли были подхвачены, в том числе Франклин, Уотсоном и Криком, которые решили изучать структуру хроматина с помощью рентгеноструктурного анализа.

Книга послужила сильным толчком для погружения физиков и химиков в биохимию, что привело к взрывообразному развитию биологических наук. Именно люди с химическим и физическим образованием в итоге расшифровали генетический код, химизм и молекулярные механизмы большинства биохимических реакций, подспудно придумав многочисленные виды анализов для оценки свойств субклеточных структур, «создали» молекулярную биологию, энзимологию, протеомику и т. д. Именно такой механистический подход снизу вверх (bottom-up) оказался наиболее продуктивным с научной точки зрения. В частности, если посмотреть на, казалось бы, биологические/биохимические открытия, за которые присуждалась Нобелевская премия по химии или биологии за последние 40–50 лет, в подавляющем большинстве случаев она была присуждена людям с химическим или физическим бэкграундом, включая, к примеру, Дженнифер Даудну (CRISPR), являющуюся химическим инженером, а не биологам. Кафедры (департаментами) биохимии в зарубежных вузах в основном представлены химиками и физиками, а не биологами.

К сожалению, в нашей стране по каким-то причинам химическая наука в свое время так и не опылила бионауки. Книга Шрёдингера была переведена на русский язык (но с изъятиями, возможно, поскольку автор много апеллировал к генетике), но сдвига не произошло. Сфера интересов отечественной органической химии до сих пор в основном ограничивается нефтехимией, тогда как в биохимию идут из биологии, хотя подход «сверху внизу» (top-down) гораздо менее продуктивен (хотя является очень важным с точки зрения системности), поскольку не позволяет из-за незнания химизма детально предсказывать исход биохимических реакций, в том числе при манипуляциях с нуклеиновыми кислотами и белками.

Если мы хотим устранить отставание в Life Sciences, то очень важно, чтобы (органическая) химия и физика пришли в биохимию и молекулярную биологию в отечественном высшем образовании.

Книга доступна на русском языке.