Нуклеин қышқылының молекулалары

Нуклеин қышқылының молекулалары ДНҚ-ның азотты негіздерінің көрші параллель жұптарының арасына енеді. Бұндай ену процесі интеркалация деп аталады. Интеркалирлейтін дәрілер ДНҚ-ның қос спиралін бұзады да, репликация мен транскрипция механизмдерін үзеді. Актиномицин Д және адриатицин сияқты ісікке қарсы антибиотиктер осылай әсер етеді. Жоғары әсері бар безгекке қарсы препарат хлорихин ДНҚ паразитінің транскрипциясына тосқауыл салады.

Жаңа дәрілерді табудың қазіргі бірнеше этаптардан тұрады. Алдымен биологиялық белсенділігін анықтау үшін табиғи заттар (шөптер) және химиктермен синтезделіп шығарылған қосылыстарды жануарларға, бактериялар колонияларына және т. б. жүргізетін скринингке ұшыратады. Егер табиғи объект сыналса, одан – скринингтің нәтижесі оң болған жағдайда – белсенді бастама бөлініп алынады және оның молекуласының құрылымы анықталады. Содан соң құрылымы мен қасиеттерінің сәйкестілік принципін қолданып, белсенді бастаманы жақсарту әдістерін болжамдайды. Осыдан кейін болжамдалған аналогтарды синтездейді де, олардың қасиеттерін қайта зерттейді.

Дәрілерге көптеген талаптар қойылады. Біріншіден, дәрілердің көпшілігі тек ұсынылатын мөлшерде ғана дәрілер болып саналады, ал көп мөлшерде олар у болып келеді. Дәрілер ауыз арқылы қабылданып, бауыр мен бүйректе бұзылып, сіңірілмей, бүкіл организмге таралуы тиіс, бірақ бір ғана мақсатқа әсер етуі керек. Дәрілердің жүретін жолы асқазанның тұзды қышқылы арқылы, қан тамырлар арқылы өтіп, қанға жетеді және мұнда дәрілер бөгде заттармен күресе отырып, қорғаныс функциясын атқаратын қан ферменттерінің әсеріне қарсы тұруы керек. Егер дәрі миға арналған болса, ол «қан - ми» тосқауылын өтуі қажет. Дәрі адам денесінде мәңгіге қалмауы керек; ол белгілі бір уақыттан кейін ажыратылып, ізсіз жоғалып кетуі тиіс.

Барлық бұндай талаптарды кьюсарлар - әдістемелер – «құрылым – қасиет» сандық арақатынасы орындауға мүмкіндік береді.

Дәрілік әсер көрсеткен заттың қасиеттерін молекула ядросында бір орынбасарларды басқаларға ауыстыру арқылы өзгертуге болады. Кьюсарлар ауыстыруды соқыр тәуекелмен емес, жоспарлы өткізуге мүмкіндік береді, себебі олар дәрінің физико-химиялық қасиеттерін сандық түрде бағалауға және бұл қасиеттердің биологиялық белсенділікке әсерін анықтауға мүмкіндік береді. Соңғысы физико-химиялық қасиеттері белгілі, ал биологиялық белсенділігі белгісіз болып келетін жаңа заттардың биологиялық белсенділігін болжамдауға мүмкіндік береді. Кьюсарлар бірталай ақша мен уақытты үнемдейді.

Физико-химиялық қасиеттерге молекулалардың құрылымы, сонымен қатар сыналатын дәрілердің кез келген физикалық және химиялық қасиеттері жатады, бірақ негізінен үш қасиеті назар аудартады – липофильділігі, электронды қасиеттері және стерикалық мінездемелері, себебі осы факторлардың әсерін сандық түрде бағалау оңай.

Фармацевтика тарихында инфекциялық бактериялармен күрес ерекше орын алады. 1910 жылы Нобель сыйлығының лауреаты Эрлих алғашқы синтетикалық антимикробты препарат – мерез ауруынан емдеуге пайдаланыла бастаған, құрамында мышьягы бар салварсанды алды. 1935 жылы стрептококктарға қарсы нәтижелі болып келетін пронтозил ашылды. Пронтозил қан тамыр жүйесіне енген инфекциямен күресуге мүмкіндік берген сульфаниламидті препараттардың бүтін тұқымдасының бастамасы болып табылады. Олар ХХ ғасырдың 40 жылдарында пенициллиннің пайда болуына дейін нәтижелі жалғыз дәрілік заттар болған.

1944 жылы топырақтардан стрептомицин антибиотигі бөлініп алынған, ал соғыстан кейінгі жылдары туберкулез, бубон обасы, алапес, дифтерия, газды гангрена және соз ауруымен сәтті түрде күресуге мүмкіндік беретін көптеген жаңа антибиотиктер табылған.

Антибиотиктер сүтқоректілердің емес, бактериялардың клеткаларына қарсы сұрыпталған түрде әсер етеді. Бұл осы екеуінің клеткаларының биохимиясы мен құрылымындағы өзгешеліктерімен байланысты болып келеді. Мысалы, бактерия клеткасында мембранасымен қатар бактерияның тіршілігін сақтап қалуда маңызды рөл атқаратын қабырғасы болады. Ал адам мен жануарлар клеткаларында тек мембраналар болады. Сүтқоректілердің клеткаларына қарағанда бактериялар клеткалары қабырғаларының арасында әр түрлі агрессивті орталарға өте төзімді болып келеді. Бактериялар клеткаларында адам мен жануарлардың клеткаларындағыдай ядро кездеспейді. Бактериялар клеткаларында витаминдерді синтездейтін ферменттері бар, ал адам мен жануарлар бұл витаминдерді тек азық арқылы алады. Антибактериалды препараттар бактериялар клеткаларының метаболизмін тоқтатады, бірақ бактериялар мен адам организмінің мүшелері клеткалары метаболизмінің айырмашылығына байланысты адам организмінің клеткаларына зиян келтірмейді. Осылайша, мысалы, сульфаниламидты препараттар әсер етеді. Бір қызығы, жапондықтар мен қытайлықтар механизмдері американдықтардың организмдерімен салыстырғанда сульфатиазол сияқты сульфаниламидтер тұқымдасының осындай препаратын жақсы және жылдам қабылдайды.

Дәрілердің бактериялармен күресу механизмінің тағы бір түрі – бактерия клеткалары қабырғаларының синтезінің тежелуі. Бұндай қасиеттерге пенициллин мен цефалоспорин ие. Осындай препараттар адамға зиянсыз, себебі адам организміндегі мүшелер мен бұлшықеттерде қабырғалар болмайды. Мысалы, тетрациклин, аминогликозидтер сияқты кейбір дәрілер бактериялар клеткаларының ішіндегі белоктардың синтезін тоқтатады. Бактериялар клеткаларына қарсы дәрілердің әсер ету механизмдерінің тізімі осымен әлі толмайды.

Жасанды азық: антропологиялық аспект. Мұнда айтып отырғанымыз – ең қарапайым өсімдік тектес азық, бірақ бұл азық аспаздық өндеуден асатын өте терең өндеуден өткен азық болып келеді. Алғашқы рет жасанды азық өнеркәсібін құру мақсаты КСРО-дағы алғашқы атом бомбасы жарылғаннан кейін, екі жауласқан жақтар – КСРО мен АҚШ – шабуыл мен жауап соққы нәтижесінде территорияның тұрақты радиоактивті зақымдануы болатынын түсінгенде ғана қарастырыла бастады. Екпінді толқын мен күл қылатын жарық сәулеленуінің әсерінен кейін тірі қалғандарды аш өлім күтіп тұрды, себебі топырақ пен суларды ластайтын радиоактивті шөгінділер өсімдіктерге де сіңеді, ал жеміс және өсімдік шаруашылық азықтары адамдарға мүлдем жарамсыз екенін айтпағанда да, бұндай азықтармен малдарды қоректендіргеннен кейін радиоактивті мал шаруашылық қоректену азықтарына, яғни ет және сүтке әкеледі.

Шешім дәнді өсімдіктердің биологиясындағы бір өте маңызды ерекшелігінен табылды: өсімдік тек өз ұрпағын – дәндерді – мұқият сақтайды және бөгде заттарды тұқымдардың ішіне өткізбейді. Радиоактивті элементтер де өсімдіктердің жапырақтары мен сабақтарының жоғары радиоактивтілігіне қарамастан дәнді дақылдардың тұқымдарының ішіне ене алмайды.

Дәнді өсімдіктер негізінен крахмал мен клетчаткадан, яғни көмірсулардан құралады, ал толық құнды қоректену үшін көмірсулардан бөлек ақуыздар мен майлар керек. Бақытымызға орай, соя деген өсімдіктер бар, бұлардың дәндерінің құрамында 30% өсімдік майы, 40% өсімдік белоктары болады, ал қалғаны құнсыз клетчатка, бірақ жоғары сапалы көмірсулық компонентті алу қиын емес, мысалы бидайдан алуға болады.

Аминоқышқылды құрамы бойынша соя ақуызы етке өте ұқсас болып келеді. Бұндай ақуыздар туралы олар еттің толық құнды ауыстырғышы болып табылады деп айтады. Бірақ өмір бойы сояның ірі бұршақтарымен қоректену ауыр сын болып көрінетін еді, сондықтан келесі технологиялық операциялардан тұратын сояның терең өнделу мақсаты пайда болды. Алдымен сояның ірі бұршақтарынан соя ұнын алады, содан кейін маңызды қоректену азығы болып табылатын, бірақ бастысы – ақуыздардың бөліп шығарылуына кедергі жасайтын соя майын алады. Бензин экстракциясымен ұнды майсыздандырады. Бензиндегі соя майының ерітіндісінен бензинді бөліп шығарады да, нәтижесінде тазартылған май өндіріліп шыққанша майды вакуумда өндейді. ХХ ғасырдың 40 жылдарынан бастап барлық өсімдік майларын осы жолмен алады. Сығып шығарудан кейін ұнда және дәндерде май көп мөлшерде қалады. Майсыздандырылған соя ұнын нәтижесінде барлық белоктар суда ерігенше сілті ерітіндісімен өңдейді, ерітінді сүзіледі және фильтратқа ақуыздарды тұндыратын қышқыл қосылады. Ақуыз изоляты деп аталатын сүзілген өнім құрамында 99% соя ақуыздары болады.

Ақуыз изолятын сосискалар, сарделькалар, піскен шұжықтар сияқты шабылған еттен жасалған дәстүрлі тағамдарға органолептикалық және тұтынушылық сапаларының білінетін өзгерістерінсіз 30-50% шамасында қосады. Олар белгілі мөлшермен оралған және буып-түйілген түрінде сатылады, сонымен қатар ораманың сыртында міндетті түде ақуыз изолятына нұсқауы бар етті тағамның құрамы корсетіледі. Етті тағамның жалғанын және құрамында ақуызды изоляты жоқ етті тағамды сатуды болдырмау үшін жеп қарау жеткіліксіз, сондықтан АҚШ-тың ауыл шаруашылық Министрлігінің стандарттары бойынша соя ақуызы изоляттарының құрамында адамның ас қорыту жолы арқылы өзгертулерсіз өтетін инертті зат – 0,1% титанның қос тотығы болады. Бұл қоспа спектроскопиялық түрде оны анықтауға және бұрмалаушыларды әшкерелеуге мүмкіндік береді.

Фарш және паштеттер үшін өсімдік текті «етті тағамдарды» өндірудің тағы бір әдісі – бұл судың қайнау нүктесінен жоғары температурамен қысым астында ақуыздардың қанған сулы ерітінділерінің экструзиясы.

Жоғары тұтынушылық сапаларға талшықты құрылымды жасанды етті тағамдар ие болып келеді. Олардың пайда болу тарихы өте қызықты. ХХ ғасырдың 20 жылдарының басында АҚШ-та тек Форд зауыттары 5,5 млн автокөліктер шығарған, сол кезде осы автокөліктер отырғыштарының қаптауларына өте көп мата қажет болған. Осымен бір уақытта Чикаго қасапханаларының алдында мына проблема туындап отырды: сойылған малдардың қаны қалалық канализацияға түсіп, одан мал қаны ақуыздарының ыдырауы нәтижесінде пайда болатын өте жағымсыз иіс тарала бастады. Енді бір мақсат пайда болды: қаннан ақуыздарды бөліп шығару. Бұл өте оңай: қанды жинайды, оған қышқыл қосады, нәтижесінде ақуыздар шөгеді де, оларды тек сүзу ғана керек болады, бірақ мұндай қосымша шығындарды кім төлейді? Бұған да бір жарқыраған шешім табылды. Ақуыз тұнбасын сілтіде ерітіп, алынған ерітіндіні жұқа фильерлер арқылы қышқыл қосылған, тұнбаға түсіретін былауға басып өткізеді. Ақуыз қатайып, жіпке айналады, бұл жіптерді былаудан алып шығып, кептіріп, иіреді де, алынған иірілген жіптен ұстап қарағанда жүнге ұқсас мата алады. Осы матамен енді автокөліктердің отырғыштарын қаптай бастады, себебі бұл мата жүннен екі есе арзан болды. Жасанды матада бір ғана кемшілік болады: ол өте гидроскопиялық болып шықты, яғни су тигенде матаның беріктігі төмендейтін болды, сондықтан уақыт өте келе ол пайдаланудан шығып кетті, бірақ технологиясы ұмытылған жоқ және ташықты құрылымды етті тағамдарды өндіруде талап етілетін болды.

Соя ақуызының сілтілік ерітіндісі 3,0 шамасындағы рН ерітіндісі бар қышқыл – тұздық коагуляционды былауға фильерлер арқылы басып өткізіледі. Тұндыратын қышқылдар тұзды, фосфорлы және сірке қышқылдары болып келеді. Оқырмандардың көпшілігінде азық өнімдерін химиялық өндеуге қарсы тұрақты қате түсініктер пайда болған, бірақ ойланып қараңызшы. Тұзды қышқыл – бұл асқазан сөлінің негізгі компоненті, сонымен қоса асқазан сөлінің ішінде тұзды қышқылдың концентрациясы 10% шамасында. Фосфорлы қышқыл – кез келген клеткада әрдайым болады, себебі клеткалардың жұмысы үшін энергия аденозинтрифосфаттың аденозиндифосфат пен фосфорлы қышқылға дейін гидролизденуінің нәтижесінде алынады. Адам денесінде органикалық емес фосфаттардың қоймалары және фосфаттарды қажет етіп тұрған клеткаларға оларды жеткізу жүйесі болады. Сірке қышқылы – адам организмінде глюкозаның көмірқышқыл газы мен суға дейін тотығу сатыларының біреуінде үнемі түзіліп отырады. Сілтінің, мысалы, тұз қышқылымен бейтараптануы нәтижесінде ас тұзы түзіледі.

Сонымен, алынған ақуыздың қатайған талшықтарын коагуляционды былаудан шығарып, 50 - 400% ориентациялық сорып шығаруға ұшыратады, сонымен қатар ақуыздар макромолекулаларының ориентациясы есебінен талшықтардың беріктігі артады және олар жартылай құрғатылады. Ақуыз талшықтарының қасиеттеріне олардың қышқылдығы қатты әсер етеді: рН<4,0 болғанда ақуыздық талшықтар өте қатты, дәмге құрғақ және ащы болып келеді, рН>7,0 болғанда талшықтардың икемділігі соншалықты, қыздырғанда өздерінің суында ериді. Сондықтан коагуляционды былаудан кейін (рН – 3) талшықтардың рН-ын 5,5-6,2-ге дейін жеткізеді. Ақуыз талшықтарының беріктігін арттыру мақсатында коагуляционды былауға полисахаридтерді, мысалы, декстринді қосады. Талшықтар ыдырап кетпес үшін оларды байланыстырып тұратынмен (бидай ұлпасы, жұмыртқалық альбумин) араластырады, сонымен қатар дәмді, хош иісті және бояғыш заттарды қосып, талшықтарды тұтас масса түрінде бекітетін, қыздырылған май қосылған былаудан өткізеді.

Бояғыш заттар туралы сұраққа. Олар тек қана табиғи болады. Мысалы, қызыл бұрыш өнімінің көп бөлігі ақ түсті сояның ақуыздық изолятын бояйтын қызыл бояғыш заттың экстракциясына жұмсалады. Жиі құрамында толтырғыш ретінде соя ақуыздары бар, қызылша мен алмалардан алынатын пектинді талшықтар алынады. Бұндай «ет» қуырғаннан кейін де өз талшықты құрылымын сақтап қалады, себебі кальций пектинатының сілікпелері балқымайды. Бірақ бұл сілікпелер ас тұзына төзімсіз болып келеді, сондықтан коагуляционды былауға CaCl2 орнына AlCl3 қосады. Асқазан жарасын емдеуде альмагельді (Al(ОН)3) пайдаланатындардың бәрінде де алюминийге қарсы қате түсінік болу мүмкін емес.

Соя ақуызы балаларға арналған тағамдарда, мектептік ертеңгі тамақ кезінде және емдәмлік қоректенуде қолданылады. Соя ақуызын міндетті түрде «ет» түрінде қолдану керек емес. Сонымен бірге соя сүті, ірімшік, йогурттар өндіріледі. Соя – бұл өте маңызды қоректену өнімі. Бекерге емес АҚШ-та егістік ауданының 1/6 бөлігі соямен егілген, ал жыл сайын олар 65 млн тонна сояның ірі бұршақтарын өндіреді. Ресейдегі климаттық жағдайлар жылу сүйгіш сояны тек Қиыр Шығыста – жылына 420 мың тонна және Краснодар жақта – жылына 40 мың тонна өсіруге мүмкіндік береді, бірақ Қиыр Шығыста өндірілген бүкіл соя Қытайға сатылады.

Айта кететін жайт, АҚШ жасанды азықты өндеу және оның өнеркәсіптік өндірісінде үлкен табандылық білдірді, себебі тек үштаған – ядролық қару, оны жеткізу құралдары және осы жасанды азық өнеркәсібі – стратегиялық қауіпсіздікті қамтамасыз етеді. Осы үштағанның кез келген екі компоненті үшіншісіз қауіпсіздікке кепіл болмайды, мысалы, ядролық қару мен оның жеткізу құралдарына ие болу радиоактивті зақымданудың әсерінен халықтың толықтай қырылуынан сақтауға кепіл бола алмайды. Ресейде жасанды азық өнеркәсібі әлі дамымаған. КСРО-да жасанды азық институты – құпия объектілерінің бірі – болған, бірақ ХХ ғасырдың 90 жылдарында ол өз тіршілігін тоқтатты.

ХХI ғасырдажасанды азық проблемасы өзгеше мәнге ие болады. Планетадағы халық санының өсуіне байланысты азық өнімдерінің жаңа көздерін іздеу керек болды. Бұл проблеманы келесі мысалмен түсіндіруге болады. Малға беретін азықтың құрамындағы өсімдік белоктарының 10% ғана малдарды жемдеу нәтижесінде ет пен сүтке айналады. Бірақ ет пен сүт ақуыздарының 10% ғана адам қабылдайды, яғни ол даладағы ақуыздардың 1% ғана қабылдайды. Келісіңіз, өте ысырапшыл. Бұдан да өсімдік ақуыздарымен пайдалану дұрыс болар еді, әсіресе соядан бөлек ақуызға бай өсімдіктер толып жатыр. Мысалы, жоңышқа (жапырақтары мен сабақтары) гектарға есептеп көргенде соямен салыстырғанда 5 есе көп ақуыз береді. Люпин де ақуызға бай. Англиядағы «Плантмилк» зауыты жоңышқа, қырыққабат, бұршақ жапырақтарын және басқа да ауыл шаруашылық дақылдарын өндейді де, сүтті сиырсыз өндіреді. Бір клеткалы организмдерде жоғары сатыдағы жануарлармен салыстырғанда ақуыз биосинтезі 1000 есе үлкен. Ашытқылар, балдырлар, микроорганизмдер ақуыз өндіре отырып, биомассаның қалдықтарымен, тіпті мұнай немесе газбен қоректенеді. Бұл өте перспективті бағыт. 50 млн тонна мұнай өнделуі (жыл сайынғы дүниежүзілік мұнай табуының 2% аз) жыл бойына 2 млрд адамды қоректендіруге жетклікті 25 млн тонна ақуызды өндіруге мүмкіндік береді. Салыстыру үшін айтқанда, дүниежүзілік балық аулауы жылына 15 млн тонна ақуыз береді. Балдырларда (хлорелла) жерде өсетін өсімдіктермен салыстырғанда фотосинтез нпроцесі 100 есе нәтижелі болады. Бұл су бетінің ауданы 2 шаршы метр болатын хлорелла қосылған былаудан бір гектар жыртылған жердегідей ақуыз мөлшерін алуға мүмкіндік береді. Хлорелланың құрғақ массасында 50% ақуыз болады.