Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Глава VII

Биологическая химия, как это следует из самого названия (bios – жизнь) – это химия жизни, химия живой материи.

Биологическая химия – наука о химическом составе живой материи и о химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности.

Биохимия как наука сложилась в основном в конце XIX начале XX века. На современном этапе развития область, охватываемая классической биохимией, расширилась настолько, что граница между этой наукой и другими химическими и биологическими дисциплинами постепенно стирается. Объём информации с каждым годом расширяется и не исключено, что в биохимию вольются такие разделы, которые мы сейчас относим к химии и биологию.

Изучение проблем составляющих предмет современной биохимии, началось, по-видимому, около 200 лет назад. В течение второй половины 18 века и на протяжении 19 века неоднократно предпринимались попытки – и довольно успешные,- проникнуть в сущность процессов жизнедеятельности, уяснить себе их природу, как в структурном, так и в метаболическом аспекте.

Однако из-за сложности рассматриваемых проблем надеяться получить глубокие представления о веществах, участвующих в этих процессах, и о химических реакциях из которых этот процесс слагается, до тех пор, пока другие химические дисциплины, и в первую очередь аналитическая и органическая химии, не достигли должной ступени развития.

Успехи структурной биохимии с самого начала были неразрывно связаны с достижениями в области органической и аналитической химии.

Из первых исследований следует отметить работы шведского ученого К. Шееле, посвященные изучению химического состава растительных и животных тканей. Шееле выделил ряд природных соединений, в том числе винную, молочную, мочевую, щавелевую, лимонную и яблочную кислоты, глицерин, некоторые эфиры, казеин. В начале XIX века в лаборатории Берцелиуса и Либиха были разработаны новые, усовершенствованные методы количественного элементарного анализа. С помощью этих методов было установлено. Что вещества, выделенные К. Шееле, содержат углерод и, следовательно, они относятся к группе органических веществ. Вслед за этим начались попытки синтезировать ряд углеродсодержащих, то есть органических соединений. Это было особенно важно в связи с тем. Что в то время был широко распространен витализинг, то есть убеждения, что органические вещества могут синтезироваться с помощью особой «жизненной силой», присутствующей, как полагалось, только в живых тканях. В 1828 году Фридрих Вёлер осуществил синтез мочевины, продукта жизнедеятельности организма. Этот синтез был осуществлен из неорганических соединений – аммиака и циановой кислоты. Это был первый удар по витализму и практически этот год можно считать годом начала развития биохимии. В--- в работах Колебе, синтезируется --- и кислота. В 1844, Бертло, синтезировал жиры. В 1850-х годах, это положение носило еще большее подтверждение. В изучении структурной химии липидов важную роль сыграла работа Шеврёля, который путем омыления показал, что жиры состоят из жирных кислот и глицерина, некоторые из этих жирных кислот ему удалось выделить, однако наиболее изящная и значительная работа в этой области вышла из лаборатории немецкого химика Э. Фишера. Он провел исследования касающиеся структуры углеводов, аминокислот и жиров.

Из других важных исследований следует отметить выделение мочевой кислоты из мочевых камней, холестерин из желчи, из зеленых растений – пигмент хлорофилл, в составе мышц был открыт креатин. Из желатина и бычьего мяса путем их гидролиза были получены первые аминокислоты – глицин и лейцин. Таким образом, был накоплен большой фактический материал о химических компонентах клетки. Этот этап развития биохимии получил название статической биохимии.

Следующий этап – динамическая биохимия, задача которой изучение всех совокупностей химических превращений тех или иных органических соединений в процессе жизнедеятельности. Динамическая биохимия, таким образом, стоит ближе к физиологии и медицине, чем к органической химии. Этим и объясняется то, что в начале биохимия называлась физиологической (или медицинской) химией.

Юридическое признание биохимии относят к 1863 году, когда А.Я. Данилевский в России в Казанском университете организовал кафедру медицинской химии, а в 1864 году А.Д. Булыгинский основал кафедру медицинской химии на медицинском факультете московского университета.

Вскоре кафедра медицинской химии, позднее переименованная в кафедру физиологической химии, возникает на медицинских факультетах других университетов. В 1892 году начинает функционировать организованная А.Я. Данилевским кафедра физиологической химии в военно-медицинской академии в Петербурге. С этого периода биохимия начинает развиваться как самостоятельная наука.

Несмотря на биохимическое единство всего живого, в животных и растительных организмах существуют и коренные различия в характере обмена веществ и в первую очередь это касается процессов ассимиляции.

Биохимия растений – в отличии от животного организма растения обладают способностью использовать для построения своего тела такие простые химические вещества, как углекислый газ, вода, соли азотной и азотистой кислот, аммиак и др. При этом процесс построения клеток требует для своего осуществления притока энергии извне в форме солнечного света.

Техническая биохимия – занимается вопросом изготовления витаминных и гормональных препаратов, антибиотиков, переработка сырья растительного и животного происхождения, изготовления пищевых продуктов и т.д.

Клиническая биохимия – изучает биохимические процессы и химический состав организмов на различных стадиях их эволюционного развития.

Биохимия микроорганизмов – рассматривает особенности обмена микроорганизмов, что особенно важно для получения антибиотиков микробного и грибкового происхождения, использование брожения, имеющая практическое значения и т.д.

Квантовая биохимия – сопоставление свойств, функций и путей превращения биологически важных соединений с их электронными характеристиками, полученными с помощью квантово-химических расчетов.

Как новый важный этап в развитии биохимии, новая ступень в познании живого следует назвать дату - 1953 год, когда Уотсон и Крик раскрыли структуру и открыли ДНК и ее важную роль в передачи наследственной, генетической информации. Этот год и принято считать как начало развития молекулярной биологии и биохимической генетики, которые возникли на стыке биохимии с биологией и генетикой. Круг вирусов, изучаемых данными науками – структура и функции белков и нуклеиновых кислот, важнейших полимерных соединений биологического происхождения, на молекулярном уровне. Это важно в связи с тем, что белки и нуклеиновые кислоты составляют главную материальную основу всего живого организма и осуществляют важнейшие структурные и каталитические функции в процессах жизнедеятельности. Несмотря на короткий отрезок времени (20 с небольшим лет) в области молекулярной биологии достигнуты исключительно большие успехи и открылись грандиозные перспективы. Так, в частности, вскрыта химическая природа вирусов и механизмы вирусной индикации, расшифрованы основные этапы биосинтеза белка, раскрыты сущность генетического кода, основанного на молекулярной структуре ДНК и этим самым природа мутации (наследственные изменения) - основа эволюции и изменчивости живого мира.

Экспериментальные данные по молекулярной биологии и их интерпретации в смысле понимания биологических явлений имеют большое философское значение. Именно на основании исследований на молекулярном уровне материализовались наши представления о таких жизненных явлениях, как наследственность и изменчивость, а также специфических синтезов биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Так как белок – основа жизни, то при ряде заболеваний как раз и наблюдаются нарушения процессов биосинтеза белка и не столько в его количественную сторону, сколько искажается молекулярная его структура. Отсюда появился термин – «молекулярная болезнь». Исследования на молекулярном уровне имеют решающее и существенное значение для понимания таковых.

Перспективы

развития биохимии и молекулярной биологии.

1. Одной из основных проблем биохимии и молекулярной биологии следует считать исправление дефектов генетического аппарата. Радикальная терапия наследственных болезней, связана с мутационными изменениями тех или иных генов (участок ДНК) возможен лишь путем трансплантации синтезированных in vitro или выделенных из клеток (например бактерий), аналогичных здоровых генов.

2. Овладение механизмом регуляции считывания генетической информации, закодированной в ДНК.

3. Изучение и выяснение основных принципов лечения ряда вирусных заболеваний. Этот вопрос может быть решен после выяснения механизма взаимодействия вирусов с инфицируемой клеткой.

4. Изучение процессов на молекулярном уровне позволяет более глубоко изучить такие процессы как биокатализ, механизм использования энергии АТФ и ГТФ, механизм передачи нервного возбуждения, перенос веществ через мембраны, явление иммунитета и т.д., а также откроет новые возможности в создании эффективных лекарственных средств в борьбе с преждевременным старением, развитием сердечно – сосудистых заболеваний (особенно атеросклероза), продлении жизни.

Глава VII