Химия и жизнь

Клянусь, не знаю ничего более прекрасного и гармоничного. Хотя я ни разу не видела эту структуру собственными глазами — только модели, за создание которых Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик получили Нобелевскую премию. Их статья в научном журнале, посвящённая расшифровке ДНК, заняла всего ничего — две странички. Но именно этот момент считается в науке началом разгадки одной из величайших тайн — тайны жизни. Итак, знакомьтесь: молекула ДНК. Что это такое? ДНК — это полимер, огромная молекула, состоящая из множества повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид устроен непросто: в него входят одно из четырёх азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин или цитозин), пятиатомный сахар дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Благодаря сахару и фосфату нуклеотиды связываются в длинную цепь, а азотистые основания отходят от этого «остова» словно зубцы гребёнки. Удивительно, но в любой молекуле ДНК количество нуклеотидов с аденином всегда равно количеству нуклеотидов с тимином, а гуанина — столько же, сколько цитозина. Эту строгую закономерность назвали правилом Чаргаффа — в честь учёного, который её открыл. Как её разгадали? Молекула ДНК закручена в спираль. Долгое время учёные ломали голову над тем, сколько же в ней цепей и как они соединяются. Над этой задачей бились несколько научных групп. Например, Лайнус Полинг (тот самый, чьё имя мелькает в рекламе витаминов) предположил, что ДНК трёхцепочечная. Он долгое время был ведущим специалистом в этой области, но его модель быстро показала свою несостоятельность. Уотсон и Крик поступили иначе. В их распоряжении был своего рода конструктор — набор точных моделей нуклеотидов, с выверенными углами и длинами связей. Собирая их, как детали Lego, они пришли к двухцепочечной модели. Магическое число. Если бы в науке было место магии, число 2 в биологии точно было бы сакральным: клетка делится надвое, хромосомы удваиваются, новый организм рождается от слияния двух клеток. Две цепочки ДНК образуют подобие веревочной лестницы, закрученной в спираль. «Верёвки» — это сахаро-фосфатные остовы, а «перекладины» — пары азотистых оснований. Причём аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. Держатся они друг напротив друга благодаря водородным связям. Эта элегантная спираль была подтверждена данными рентгеноструктурного анализа. Её можно сравнить с величественной двойной винтовой лестницей в замке Шамбор, авторство которой приписывают Леонардо да Винчи. Модель Уотсона и Крика проста, гармонична и изящна. «Это было так красиво, что не могло быть неверно», — сказал Уотсон о своём творении. А я что? Я не спорю.

Голубая планета: почему вода — это чудо Из космоса Земля кажется голубой. Всё потому, что 71% её поверхности покрыто водой. Мы пьём её каждый день, моемся, убираем и очищаем с её помощью всё вокруг, но редко задумываемся, какое это удивительное вещество. Казалось бы, что может быть проще? Два атома водорода и один атом кислорода, соединённые ковалентной связью. Но именно строение этой крошечной молекулы определяет уникальные физические и химические свойства воды. Из-за того, что кислород сильнее притягивает электроны, чем водород, молекула воды становится полярной: на кислороде «сидит» частичный отрицательный заряд, а на водородах — положительный. Как известно из физики, противоположности притягиваются. Атомы кислорода и водорода — не исключение. Между ними возникают слабые водородные связи. Они легко разрушаются при движении молекул, но именно этот факт делает воду такой особенной и незаменимой для жизни. 6 уникальных свойств воды 1. Поверхностное натяжение Вода ведёт себя так, будто её поверхность затянута тонкой упругой плёнкой. Благодаря этому натяжению на ней могут лежать лёгкие предметы (например, иголка или лезвие), а капли принимают идеально круглую форму. Именно из-за этого свойства насекомые, такие как водомерки, могут бегать по воде, не проваливаясь. 2. Универсальный растворитель Вода отлично растворяет вещества с полярными молекулами. Неполярные соединения, например жиры, в ней нерастворимы, но именно способность растворять соли и сахара играет ключевую роль в живых организмах. Большинство химических реакций в нашем теле происходит на границах раздела фаз в водной среде. 3. Теплопроводность Вода проводит тепло гораздо хуже металлов. Однако именно эта особенность спасает нас от перегрева. В клетках постоянно идут реакции с выделением тепла, и вода равномерно распределяет его по всему организму, предотвращая локальные «пожары». 4. Высокая температура кипения Чтобы разорвать многочисленные водородные связи между молекулами воды, нужно много энергии. Поэтому вода кипит при 100 °C. К счастью для нас, на Земле очень мало мест, где она достигает такой температуры. 5. Охлаждение при испарении  Когда вода испаряется, её молекулы улетают с поверхности, унося с собой огромное количество тепла. Живые организмы научились использовать этот механизм для охлаждения — именно так работает потоотделение. 6. Лёд легче воды Большинство веществ при замерзании сжимается, но не вода. Её плотность максимальна при 4 °C. В кристалле льда молекулы расположены дальше друг от друга, чем в жидкой воде, поэтому лёд занимает больший объём и плавает на поверхности. Это защищает водоёмы от полного промерзания зимой. Жизнь в том виде, в каком мы её знаем, была бы невозможна без такого уникального соединения. А ведь всё гениальное просто — два водорода и кислород!