Что такое биохимия определение

Биологическая химия – наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, превращения этих веществ (метаболизм), а также связь этих превращений с деятельностью отдельных тканей и всего организма в целом.

Биохимия – это наука о молекулярных основах жизни. Существует несколько причин тому, что в наши дни биохимия привлекает большое внимание и быстро развивается.

1. Во-первых, биохимикам удалось выяснить химические основы ряда важнейших биохимических процессов.

2. Во-вторых, обнаружены общие пути превращения молекул и общие принципы, лежащие в основе разнообразных проявлений жизни.

3. В-третьих, биохимия оказывает все более глубокое воздействие на медицину.

4. В-четвертых, быстрое развитие биохимии в последние годы позволило исследователям приступить к изучению самых острых, коренных проблем биологии и медицины.

История развития биохимии

В истории развития биохимических знаний и биохимии как науки можно выделить 4 периода.

I период – с древних времен до эпохи Возрождения (XV век). Это период практического использования биохимических процессов без знаний их теоретических основ и первых, порой очень примитивных, биохимических исследований. В самые отдаленные времена люди  уже знали технологию таких производств, основанных на биохимических процессах, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, дубление кож. Использование растений в пищевых целях, для приготовления красок, тканей наталкивало на попытки понять свойства отдельных веществ растительного происхождения.

II период – от начала эпохи Возрождения до второй половины 19 века, когда биохимия становится самостоятельной наукой. Великий исследователь того времени, автор многих шедевров искусства, архитектор, инженер, анатом Леонардо да Винчи провел опыты и на основании их результатов сделал важный для тех лет вывод, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.

В этот период следует выделить работы таких ученых, как Парацельс, М. В. Ломоносов, Ю. Либих, А. М. Бутлеров, Лавуазье.

IV период – с начала 50-х годов 20 века  по настоящее время. Характеризуется широким использованием в биохимических исследованиях физических, физико-химических, математических методов, активным и успешным изучением основных биологических процессов (биосинтез белков и нуклеиновых кислот) на молекулярном и надмолекулярном уровнях.

Вот краткая хронология основных открытий в биохимии этого периода:

1953 г. – Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель двойной спирали строения ДНК.

1953 г. – Ф. Сенгер впервые расшифровал аминокислотную последовательность белка инсулина.

1961 г. – М. Ниренберг расшифровал первую «букву» кода белкового синтеза – триплет ДНК, соответствующий фенилаланину.

1966 г. – П. Митчелл сформулировал хемиосмотическую теорию сопряжения дыхания и окислительного-фосфорилирования.

1969 г. – Р. Мерифильд химическим путем синтезировал фермент рибонуклеазу.

1971 г. – в совместной работе двух лабораторий, руководимых Ю. А. Овчинниковым и А. Е. Браунштейном, установлена первичная структура аспартатаминотрансферазы – белка из 412 аминокислот.

1977 г. – Ф. Сенгер впервые полностью расшифровал первичную структуру молекулы ДНК (фаг ? Х  174).

Развитие медицинской биохимии в Беларуси

С момента создания в 1923 г. в Белорусском государственном университете кафедры биохимии началась профессиональная подготовка национальных биохимических кадров. В 1934 г.  организована кафедра биохимии в Витебском медицинском институте, в 1959 г. – в Гродненском медицинском институте, в 1992 г. – в Гомельском медицинском институте. На заведование кафедрами приглашались и избирались известные ученые, крупные специалисты в области биохимии: А. П. Бестужев, Г. В. Дервиз, Л. Е. Таранович, Н. Е. Глушакова, В. К. Кухта, В. С. Шапот, Л. Г. Орлова, А. А. Чиркин, Ю. М. Островский, Н. К. Лукашик. На формирование научных школ в области медицинской биохимии огромное влияние оказала деятельность таких выдающихся ученых, как М. Ф. Мережинский (1906–1970), В. А. Бондарин (1909–1985), Л. С. Черкасова (1909–1998), В. С. Шапот (1909–1989), Ю. М. Островский (1925–1991), А. Т. Пикулев (1931–1993).

В 1970 г. в г. Гродно создан Отдел регуляции обмена веществ АН БССР, преобразованный в 1985 г. в Институт биохимии Национальной академии наук Беларуси. Первым заведующим отделом и директором института был академик АН БССР Ю. М. Островский. Под его руководством было начато всестороннее изучение витаминов, в частности, тиамина. Работы

Ю. М. Островского дополнены и продолжены в исследованиях его учеников: Н. К. Лукашика, А. И. Балаклеевского, А. Н. Разумовича, Р. В. Требухиной, Ф. С. Ларина, А. Г. Мойсеенка.

Наиболее важными практическими результатами деятельности научных биохимических школ явилась организация государственной лабораторной службы республики (профессор В. Г. Колб), открытие в Витебском медицинском институте Республиканского липидного лечебно-диагностического центра метаболической терапии (профессор А. А. Чиркин), создание в Гродненском медицинском институте лаборатории медико-биологических проблем наркологии (профессор В. В. Лелевич).

Содержание предмета биохимии

1. Состав и строение химических веществ живого организма – статическая биохимия.

2. Вся совокупность превращения веществ в организме (метаболизм) – динамическая биохимия.

3. Биохимические процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности – функциональная биохимия.

4. Структура и механизм действия ферментов – энзимология.

5. Биоэнергетика.

6. Молекулярные основы наследственности – передача генетической информации.

7. Регуляторные механизмы метаболизма.

8. Молекулярные механизмы специфических функциональных процессов.

9. Особенности метаболизма в органах и тканях.

Разделы и направления биохимии

1. Биохимия человека и животных.

2. Биохимия растений.

3. Биохимия микроорганизмов.

4. Медицинская биохимия.

5. Техническая биохимия.

6. Эволюционная биохимия.

7. Квантовая биохимия.

Объекты биохимических исследований

1. Организмы.

2. Отдельные органы и ткани.

3. Срезы органов и тканей.

4. Гомогенаты органов и тканей.

5. Биологические жидкости.

6. Клетки.

7. Дрожжи, бактерии.

8. Субклеточные компоненты и органоиды.

9. Ферменты.

10. Химические вещества (метаболиты).

Методы биохимии

1. Гомогенизация тканей.

2. Центрифугирование:

• простое

• ультрацентрифугирование

• центрифугирование в градиенте плотности.

3. Диализ.

4. Электрофорез.

5. Хроматография.

6. Изотопный метод.

7. Колориметрия.

8. Спектрофотометрия.

9. Определение ферментативной активности.

Связь биохимии с другими дисциплинами

1. Биоорганическая химия

2. Физколлоидная химия

3. Биофизическая химия

4. Молекулярная биология

5. Генетика

6. Нормальная физиология

7. Патологическая физиология

8. Клинические дисциплины

9. Фармакология

10. Клиническая биохимия

Следующая глава >

Источник: bio.wikireading.ru

Формирование биохимии в 16–19 вв

Раз­ви­тие Б. в Рос­сии в этот пе­ри­од свя­за­но с име­на­ми А. Я. Да­ни­лев­ско­го (изу­чал бел­ки и фер­мен­ты), М. В. Ненц­ко­го (ис­сле­до­вал пу­ти об­ра­зо­ва­ния мо­че­ви­ны в пе­че­ни, струк­ту­ру хло­ро­фил­ла и ге­мо­гло­би­на), В. С. Гу­ле­ви­ча (био­хи­мия мы­шеч­ной тка­ни, экс­трак­тив­ные ве­ще­ст­ва мышц), С. Н. Ви­но­град­ско­го (от­крыл хе­мо­син­тез у бак­те­рий), М. С. Цве­та (соз­дал ме­тод хро­ма­то­гра­фич. ана­ли­за), А. Н. Ба­ха (пе­ре­кис­ная тео­рия био­ло­гич. окис­ле­ния) и др. Рос. врач Н. И. Лу­нин про­ло­жил путь к изу­че­нию ви­та­ми­нов, экс­пе­ри­мен­таль­но до­ка­зав (1880) не­об­хо­ди­мость для нор­маль­но­го раз­ви­тия жи­вот­ных осо­бых ве­ществ (по­ми­мо бел­ков, уг­ле­во­дов, жи­ров, со­лей и во­ды). В кон. 19 в. сфор­ми­ро­вались пред­став­ле­ния о сход­ст­ве осн. прин­ци­пов и ме­ха­низ­мов хи­мич. пре­вра­ще­ний у разл. групп ор­га­низ­мов, а так­же об осо­бен­но­стях их об­ме­на ве­ществ (ме­та­бо­лиз­ма).

На­ко­п­ле­ние боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва све­де­ний от­но­си­тель­но хи­мич. со­ста­ва рас­тит. и жи­вот­ных ор­га­низ­мов и про­те­каю­щих в них хи­мич. про­цес­сов при­ве­ло к не­об­хо­ди­мо­сти сис­те­ма­ти­за­ции и обоб­ще­ния дан­ных. Пер­вой ра­бо­той в этом на­прав­ле­нии стал учеб­ник И. Зи­мо­на («Handbuch der angewandten me­dicinischen Chemie», 1842). В 1842 по­яви­лась мо­но­гра­фия Ю. Ли­би­ха «Die Tierchemie oder die organische Chemie in ihrer An­wendung auf Physiologie und Pa­thologie». Пер­вый отеч. учеб­ник фи­зио­ло­гич. хи­мии был из­дан проф. Харь­ков­ско­го ун-та А. И. Ход­не­вым в 1847. Пе­рио­дич. из­да­ния ре­гу­ляр­но на­ча­ли вы­хо­дить с 1873. Во 2-й пол. 19 в. на мед. фа­куль­те­тах мн. рос­сий­ских и за­ру­беж­ных уни­вер­си­те­тов бы­ли ор­га­ни­зо­ва­ны спец. ка­фед­ры (пер­во­на­чаль­но их на­зы­ва­ли ка­фед­ра­ми ме­ди­цин­ской или функ­цио­наль­ной хи­мии). В Рос­сии впер­вые ка­фед­ры мед. хи­мии бы­ли соз­да­ны А. Я. Да­ни­лев­ским в Ка­зан­ском ун-те (1863) и А. Д. Бу­лы­гин­ским (1864) на мед. ф-те Моск. уни­вер­си­те­та.

Биохимия в 20 в

Ста­нов­ле­ние совр. Б. про­изош­ло в 1-й пол. 20 в. Его на­ча­ло от­ме­че­но от­кры­ти­ем ви­та­ми­нов и гор­мо­нов, оп­ре­де­ле­на их роль в ор­га­низ­ме. В 1902 Э. Г. Фи­шер пер­вым син­те­зи­ро­вал пеп­ти­ды, ус­та­но­вив тем са­мым при­ро­ду хи­мич. свя­зи ме­ж­ду ами­но­кис­ло­та­ми в бел­ках. В 1912 польск. био­хи­мик К. Функ вы­де­лил ве­ще­ст­во, пре­дот­вра­щаю­щее раз­ви­тие по­ли­нев­ри­та, и на­звал его ви­та­ми­ном. По­сле это­го по­сте­пен­но бы­ли от­кры­ты мн. ви­та­ми­ны, и ви­та­ми­но­ло­гия ста­ла од­ним из раз­де­лов Б., а так­же нау­ки о пи­та­нии. В 1913 Л. Ми­ха­эли­сом и М. Мен­тен (Гер­ма­ния) бы­ли раз­ра­бо­та­ны тео­ре­тич. ос­но­вы фер­мен­та­тив­ных ре­ак­ций, сфор­му­ли­ро­ва­ны ко­ли­че­ст­вен­ные за­ко­но­мер­но­сти био­ло­гич. ка­та­ли­за; ус­та­нов­ле­на струк­ту­ра хло­ро­фил­ла (Р. Виль­штет­тер, А. Штоль, Гер­ма­ния). В нач. 1920-х гг. А. И. Опа­рин сфор­му­ли­ро­вал об­щий под­ход к хи­мич. по­ни­ма­нию про­бле­мы воз­ник­но­ве­ния жиз­ни. Впер­вые бы­ли по­лу­че­ны в кри­стал­лич. ви­де фер­мен­ты уреа­за (Дж. Сам­нер, 1926), хи­мот­рип­син, пеп­син и трип­син (Дж. Нор­троп, 1930-е гг.), что по­слу­жи­ло до­ка­за­тель­ст­вом бел­ко­вой при­ро­ды фер­мен­тов и толч­ком для бы­ст­ро­го раз­ви­тия эн­зи­мо­ло­гии. В эти же го­ды Х. А. Кребс опи­сал ме­ха­низм син­те­за мо­че­ви­ны у по­зво­ноч­ных в хо­де ор­ни­ти­но­во­го цик­ла (1932); А. Е. Бра­ун­штейн (1937, совм. с М. Г. Криц­ман) от­крыл ре­ак­цию пе­ре­ами­ни­ро­ва­ния как про­ме­жу­точ­ное зве­но био­син­те­за и рас­па­да ами­но­кис­лот; О. Г. Вар­бург вы­яс­нил при­ро­ду фер­мен­та, реа­ги­рую­ще­го с кис­ло­ро­дом в тка­нях. В 1930-х гг. за­вер­шил­ся ос­нов­ной этап изу­че­ния при­ро­ды ос­но­во­по­ла­гаю­щих био­хи­мических про­цес­сов. Ус­та­нов­ле­на по­сле­до­ва­тель­ность ре­ак­ций рас­па­да уг­ле­во­дов в хо­де гли­ко­ли­за и бро­же­ния (О. Мей­ергоф, Я. О. Пар­нас), пре­вра­ще­ния пи­ро­ви­но­град­ной ки­сло­ты в цик­лах ди- и три­кар­бо­но­вых ки­слот (А. Сент-Дьёр­дьи, Х. А. Кребс, 1937), от­кры­то фо­то­раз­ло­же­ние во­ды (Р. Хилл, Ве­ли­ко­бри­та­ния, 1937). Ра­бо­та­ми В. И. Пал­ла­ди­на, А. Н. Ба­ха, Г. Ви­лан­да, швед. био­хи­ми­ка Т. Тун­бер­га, О. Г. Вар­бур­га и англ. био­хи­ми­ка Д. Кей­ли­на за­ло­же­ны ос­но­вы со­вре­менных пред­став­ле­ний о внут­ри­кле­точ­ном ды­ха­нии. Из мы­шеч­ных экс­трак­тов бы­ли вы­де­ле­ны аде­но­зин­три­фос­фат (АТФ) и креа­тин­фос­фат. В СССР ра­бо­та­ми В. А. Эн­гель­гард­та (1930) и В. А. Бе­ли­це­ра (1939) по окис­ли­тель­но­му фос­фо­ри­ли­ро­ва­нию и ко­ли­че­ст­вен­ной ха­рак­те­ри­сти­ке это­го про­цес­са было по­ло­же­но на­ча­ло совр. био­энер­ге­ти­ке. Позд­нее Ф. Лип­ман раз­ра­бо­тал пред­став­ле­ния о бо­га­тых энер­ги­ей фос­фор­ных со­еди­не­ни­ях, ус­та­но­вил центр. роль АТФ в био­энер­ге­ти­ке клет­ки. От­кры­тие ДНК у рас­те­ний (рос. био­хи­ми­ки А. Н. Бе­ло­зер­ский и А. Р. Ки­зель, 1936) спо­соб­ст­во­ва­ло при­зна­нию био­хи­мич. един­ст­ва рас­тит. и жи­вот­но­го ми­ра. В 1948 А. А. Крас­нов­ский от­крыл ре­ак­цию об­ра­ти­мо­го фо­то­хи­мич. вос­ста­нов­ле­ния хло­ро­фил­ла, зна­чит. ус­пе­хи бы­ли дос­тиг­ну­ты в вы­яс­не­нии ме­ха­низ­ма фо­то­син­те­за (М. Кал­вин).

Даль­ней­шее раз­ви­тие Б. свя­за­но с изу­че­ни­ем струк­ту­ры и функ­ции ря­да бел­ков, раз­ра­бот­кой осн. по­ло­же­ний тео­рии фер­мен­та­тив­но­го ка­та­ли­за, ус­та­нов­ле­ни­ем прин­ци­пи­аль­ных схем об­ме­на ве­ществ и др. Про­гресс Б. во 2-й пол. 20 в. в зна­чит. сте­пе­ни обу­слов­лен раз­ви­ти­ем но­вых ме­то­дов. Бла­го­да­ря усо­вер­шен­ст­во­ва­нию ме­то­дов хро­ма­то­гра­фии и элек­тро­фо­ре­за ста­ла воз­мож­ной рас­шиф­ров­ка по­сле­до­ва­тель­но­стей ами­но­кис­лот в бел­ках и нук­лео­ти­дов в нук­леи­но­вых ки­сло­тах. Рент­ге­но­струк­тур­ный ана­лиз по­зво­лил оп­ре­де­лить про­стран­ст­вен­ную струк­ту­ру мо­ле­кул ря­да бел­ков, ДНК и др. со­еди­не­ний. С по­мо­щью элек­трон­ной мик­ро­ско­пии бы­ли от­кры­ты ра­нее не­из­вест­ные кле­точ­ные струк­ту­ры, бла­го­да­ря ульт­ра­цен­три­фу­ги­ро­ва­нию вы­де­ле­ны разл. кле­точ­ные ор­га­нел­лы (в т. ч. яд­ро, ми­то­хон­д­рии, ри­бо­со­мы); ис­поль­зо­ва­ние изо­топ­ных ме­то­дов да­ло воз­мож­ность по­нять слож­ней­шие пу­ти пре­вра­ще­ния ве­ществ в ор­га­низ­мах и т. д. Важ­ное ме­сто в био­хи­мич. ис­сле­до­ва­ни­ях за­ня­ли разл. ви­ды ра­дио- и оп­ти­че­ской спек­тро­ско­пии, масс-спек­тро­ско­пии. Л. По­линг (1951, совм. с Р. Ко­ри) сфор­му­ли­ро­вал пред­став­ле­ния о вто­рич­ной струк­ту­ре бел­ка, Ф. Сен­гер рас­шиф­ро­вал (1953) струк­ту­ру бел­ко­во­го гор­мона ин­су­ли­на, а Дж. Кен­д­рю (1960) оп­ре­де­лил про­стран­ст­вен­ную струк­ту­ру мо­ле­ку­лы ми­ог­ло­би­на. Бла­го­да­ря усо­вер­шен­ст­во­ва­нию ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния бы­ло вне­се­но мно­го но­во­го в пред­став­ле­ния о струк­ту­ре фер­мен­тов, фор­ми­ро­ва­нии их ак­тив­но­го цен­тра, об их ра­боте в со­ста­ве слож­ных ком­плек­сов. По­сле ус­та­нов­ле­ния ро­ли ДНК как ве­ще­ст­ва на­след­ст­вен­но­сти (О. Эве­ри, 1944) осо­бое вни­ма­ние об­ра­ща­ет­ся на нук­леи­но­вые ки­сло­ты и их уча­стие в про­цес­се пе­ре­да­чи при­зна­ков ор­га­низ­ма по на­след­ст­ву. В 1953 Дж. Уот­сон и Ф. Крик пред­ло­жи­ли модель про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры ДНК (т. н. двой­ная спи­раль), увя­зав её строе­ние с био­ло­гич. функ­ци­ей. Это со­бы­тие яви­лось пе­ре­лом­ным мо­мен­том в раз­ви­тии Б. и био­ло­гии в це­лом и по­слу­жи­ло ос­но­ва­ни­ем для вы­де­ле­ния из Б. но­вой нау­ки – мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии. Ис­сле­до­ва­ния по струк­ту­ре нук­леи­но­вых ки­слот, их ро­ли в био­син­те­зе бел­ка и яв­ле­ни­ях на­след­ст­вен­но­сти свя­за­ны так­же с име­на­ми Э. Чар­гаффа, А. Корн­бер­га, С. Очоа, Х. Г. Ко­ра­на, Ф. Сен­ге­ра, Ф. Жа­ко­ба и Ж. Мо­но, а так­же рос. учё­ных А. Н. Бе­ло­зер­ско­го, А. А. Бае­ва, Р. Б. Хе­си­на-Лу­рье и др. Изу­че­ние струк­ту­ры био­по­ли­ме­ров, ана­лиз дей­ст­вия био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных при­род­ных со­еди­не­ний (ви­та­ми­ны, гор­мо­ны, ал­ка­лои­ды, ан­ти­био­ти­ки и др.) при­ве­ли к не­об­хо­ди­мо­сти ус­та­нов­ле­ния свя­зи ме­ж­ду строе­ни­ем ве­ще­ст­ва и его био­ло­гич. функ­ци­ей. В свя­зи с этим по­лу­чи­ли раз­ви­тие ис­сле­до­ва­ния на гра­ни био­ло­гич. и ор­га­нич. хи­мии. Это на­прав­ле­ние ста­ло на­зы­вать­ся био­ор­га­ни­че­ской хи­ми­ей. В 1950-х гг. на сты­ке Б. и не­ор­га­нич. хи­мии как са­мо­сто­ят. дис­ци­п­ли­на сфор­ми­ро­ва­лась био­не­ор­га­ни­че­ская хи­мия.

К чис­лу не­со­мнен­ных ус­пе­хов Б. от­но­сят­ся: от­кры­тие уча­стия био­ло­гич. мем­бран в ге­не­ра­ции энер­гии и по­сле­дую­щие ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти био­энер­ге­ти­ки; ус­та­нов­ле­ние пу­тей пре­вра­ще­ния наи­бо­лее важ­ных про­дук­тов об­ме­на ве­ществ; по­зна­ние ме­ха­низ­мов пе­ре­да­чи нерв­но­го воз­бу­ж­де­ния, био­хи­мич. ос­нов выс­шей нерв­ной дея­тель­но­сти; вы­яс­не­ние ме­ха­низ­мов пе­ре­да­чи ге­не­тич. ин­фор­ма­ции, ре­гу­ля­ции важ­ней­ших био­хи­мич. про­цес­сов в жи­вых ор­га­низ­мах (кле­точ­ная и меж­кле­точ­ная сиг­на­ли­за­ция) и мн. дру­гие.

Современное развитие биохимии

Б. яв­ля­ет­ся не­отъ­ем­ле­мой ча­стью фи­зи­ко-хи­мич. био­ло­гии – ком­плек­са взаи­мо­свя­зан­ных и тес­но пе­ре­пле­тён­ных меж­ду со­бой на­ук, ко­то­рый вклю­ча­ет так­же био­фи­зи­ку, био­ор­га­нич. хи­мию, мо­ле­ку­ляр­ную и кле­точ­ную био­ло­гию и др., изу­чаю­щих фи­зич. и хи­мич. ос­но­вы жи­вой ма­те­рии. Био­хи­мич. ис­сле­до­ва­ния ох­ва­ты­ва­ют ши­ро­кий круг про­блем, ре­ше­ние ко­то­рых осу­ще­ст­в­ля­ет­ся на сты­ке не­сколь­ких на­ук. Напр., био­хи­мич. ге­не­ти­ка изу­ча­ет ве­ще­ст­ва и про­цес­сы, уча­ст­вую­щие в реа­ли­за­ции ге­не­тич. ин­фор­ма­ции, а так­же роль разл. ге­нов в ре­гу­ля­ции био­хи­мич. про­цес­сов в нор­ме и при разл. ге­не­тич. на­ру­ше­ни­ях ме­та­бо­лиз­ма. Био­хи­мич. фар­ма­ко­ло­гия ис­сле­ду­ет мо­ле­ку­ляр­ные ме­ха­низ­мы дей­ст­вия ле­кар­ст­вен­ных средств, спо­соб­ст­вуя раз­ра­бот­ке бо­лее со­вер­шен­ных и безо­пас­ных пре­па­ра­тов, им­му­но­хи­мия – струк­ту­ру, свой­ст­ва и взаи­мо­дей­ст­вия ан­ти­тел (им­му­ног­ло­бу­ли­нов) и ан­ти­ге­нов. На совр. эта­пе Б. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ак­тив­ным при­вле­че­ни­ем ши­ро­ко­го ме­то­дич. ар­се­на­ла смеж­ных дис­ци­п­лин. Да­же та­кой тра­диционный раз­дел Б., как эн­зи­мо­ло­гия, при ха­рак­те­ри­сти­ке био­ло­ги­че­ской ро­ли кон­крет­но­го фер­мен­та, ред­ко об­хо­дит­ся без на­прав­лен­но­го му­та­ге­не­за, вы­клю­че­ния ге­на, ко­ди­рую­ще­го ис­сле­дуе­мый фер­мент в жи­вых ор­га­низ­мах, или, на­обо­рот, его по­вы­шен­ной экс­прес­сии.

Хо­тя осн. пу­ти и об­щие прин­ци­пы об­ме­на ве­ществ и энер­гии в жи­вых сис­темах мож­но счи­тать ус­та­нов­лен­ны­ми, мно­же­ст­во де­та­лей ме­та­бо­лиз­ма и осо­бен­но его ре­гу­ля­ции ос­та­ют­ся не­из­вест­ны­ми. Осо­бен­но ак­ту­аль­но вы­яс­не­ние при­чин на­ру­ше­ний ме­та­бо­лиз­ма, при­во­дя­щих к тя­жё­лым «био­хи­ми­че­ским» бо­лез­ням (разл. фор­мы диа­бе­та, ате­росклероз, зло­ка­че­ст­вен­ное пе­ре­ро­ж­де­ние кле­ток, ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ные за­бо­ле­ва­ния, цир­ро­зы и мн. др.), и на­уч. обос­но­ва­ние его на­прав­лен­ной кор­рек­ции (соз­да­ние ле­кар­ст­вен­ных средств, дие­ти­че­ские ре­ко­мен­да­ции). Ис­поль­зо­ва­ние био­хи­мич. ме­то­дов по­зво­ля­ет вы­явить важ­ные био­ло­гич. мар­ке­ры разл. за­бо­ле­ва­ний и пред­ло­жить эф­фек­тив­ные спо­со­бы их ди­аг­но­сти­ки и ле­че­ния. Так, оп­ре­де­ле­ние в кро­ви кар­ди­ос­пе­ци­фич­ных бел­ков и фер­мен­тов (тро­по­нин Т и изо­фер­мент креа­тин­ки­на­зы мио­кар­да) по­зво­ля­ет осу­ще­ст­в­лять ран­нюю ди­аг­но­сти­ку ин­фарк­та мио­кар­да. Важ­ная роль от­во­дит­ся Б. пи­та­ния, изу­чаю­щей хи­мич. и био­хи­мич. ком­по­нен­ты пи­щи, их цен­ность и зна­че­ние для здо­ро­вья че­ло­ве­ка, влия­ние хра­не­ния пи­ще­вых про­дук­тов и их об­ра­бот­ки на ка­че­ст­во пи­щи. Сис­тем­ный под­ход в изу­че­нии всей со­во­куп­но­сти био­ло­гич. мак­ро­мо­ле­кул и низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных ме­та­бо­ли­тов кон­крет­ной клет­ки, тка­ни, ор­га­на или ор­га­низ­ма оп­ре­де­лён­но­го ви­да при­вёл к по­яв­ле­нию но­вых дис­ци­п­лин. К их чис­лу от­но­сят­ся ге­но­ми­ка (ис­сле­ду­ет всю со­во­куп­ность ге­нов ор­га­низ­мов и осо­бен­но­сти их экс­прессии), транс­крип­томи­ка (ус­та­нав­ли­ва­ет ко­ли­че­ст­вен­ный и ка­че­ст­вен­ный со­став мо­ле­кул РНК), про­те­о­ми­ка (ана­ли­зи­ру­ет всё мно­го­об­ра­зие бел­ко­вых мо­ле­кул, ха­рак­тер­ных для ор­га­низ­ма) и ме­та­бо­ло­ми­ка (изу­ча­ет все ме­та­бо­ли­ты ор­га­низ­ма или его отд. кле­ток и ор­га­нов, об­ра­зую­щие­ся в про­цес­се жиз­не­дея­тель­но­сти), ак­тив­но ис­поль­зую­щие био­хи­мич. стра­те­гию и био­хи­мич. ме­то­ды иссле­до­ва­ний. По­лу­чи­ла раз­ви­тие при­клад­ная об­ласть ге­но­ми­ки и про­те­о­ми­ки – био­ин­же­не­рия, свя­зан­ная с на­прав­лен­ным кон­ст­руи­ро­ва­ни­ем ге­нов и бел­ков. На­зван­ные вы­ше на­прав­ле­ния по­рож­де­ны в рав­ной ме­ре Б., мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­ги­ей, ге­не­ти­кой и био­ор­га­ни­че­ской хи­ми­ей.

Научные учреждения, общества и периодические издания

На­уч. ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти Б. про­во­дят­ся во мн. спе­циа­ли­зир. н.-и. ин­сти­ту­тах и ла­бо­ра­то­ри­ях. В Рос­сии они на­хо­дят­ся в сис­те­ме РАН (в т. ч. Ин-т био­хи­мии, Ин-т эво­лю­ци­он­ной фи­зио­ло­гии и био­хи­мии, Ин-т фи­зио­ло­гии рас­те­ний, Ин-т био­хи­мии и фи­зи­о­ло­гии мик­ро­ор­га­низ­мов, Си­бир­ский ин-т фи­зио­ло­гии и био­хи­мии ра­сте­ний, Ин-т мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии, Ин-т био­ор­га­нич. хи­мии), от­рас­ле­вых ака­де­мий (в т. ч. Ин-т био­мед­хи­мии РАМН), ря­да ми­ни­стерств. Ра­бо­ты по Б. ве­дут­ся в ла­бо­ра­то­ри­ях и на мно­го­числ. ка­фед­рах Б. ву­зов. Спе­циа­ли­стов-био­хи­ми­ков и за ру­бе­жом, и в РФ го­то­вят на хи­мич. и био­ло­гич. ф-тах уни­вер­си­те­тов, имею­щих специальные ка­фед­ры; био­хи­ми­ков бо­лее уз­ко­го про­фи­ля – в ме­ди­цин­ских, тех­но­ло­гич., с.-х. и др. ву­зах.

В боль­шин­ст­ве стран су­ще­ст­ву­ют на­уч. био­хи­мич. об­ще­ст­ва, объ­е­ди­нён­ные в Ев­ро­пей­скую фе­де­ра­цию био­хи­ми­ков (Federation of European Biochemical Societies, FEBS) и в Ме­ж­ду­народный со­юз био­хи­ми­ков и мо­ле­ку­ляр­ных био­ло­гов (­International Union of Biochemistry, IUBMB). Эти ор­га­ни­за­ции со­би­ра­ют сим­по­зиу­мы, кон­фе­рен­ции, а так­же кон­грес­сы. В Рос­сии Все­со­юз­ное био­хи­мич. об-во с мно­гочисл. рес­пуб­ли­кан­ски­ми и го­род­ски­ми от­де­ле­ния­ми бы­ло соз­да­но в 1959 (с 2002 Об-во био­хи­ми­ков и мо­ле­ку­ляр­ных био­ло­гов).

Ве­ли­ко ко­ли­че­ст­во пе­рио­дич. из­да­ний, в ко­то­рых пуб­ли­ку­ют­ся ра­бо­ты по Б. Наи­бо­лее из­вест­ны: «Journal of Biologi­cal Chemistry» (Balt., 1905), «Bioche­mistry» (Wash., 1964), «Biochemical Jour­nal» (L., 1906), «Phytochemistry» (Oxf.; N. Y., 1962), «Biochimica et Biophisica Acta» (Amst., 1947) и мн. др.; еже­год­ни­ки: «Annual Review of Biochemistry» (Stanford, 1932), «Advances in Enzymo­logy and Related Subjects of Bioche­mistry» (N. Y., 1945), «Advances in Pro­tein Chemistry» (N. Y., 1945), «Febs Journal» (пер­во­на­чаль­но «European Jour- nal of Biochemistry», Oxf., 1967), «Febs letters» (Amst., 1968), «Nucleic Acids Research» (Oxf., 1974), «Biochimie» (P., 1914; Amst., 1986), «Trends in Bioche­mical Sciences» (Elsevier, 1976) и др. В Рос­сии ре­зуль­та­ты экс­пе­рим. ис­сле­до­ва­ний пе­ча­та­ют­ся в жур­на­лах «Био­хи­мия» (М., 1936), «Фи­зио­ло­гия рас­те­ний» (М., 1954), «Жур­нал эво­лю­ци­он­ной био­хи­мии и фи­зио­ло­гии» (СПб., 1965), «При­клад­ная био­хи­мия и мик­ро­био­ло­гия» (М., 1965), «Био­ло­ги­че­ские мем­бра­ны» (М., 1984), «Ней­ро­хи­мия» (М., 1982) и др., об­зор­ные ра­бо­ты по Б. – в жур­на­лах «Ус­пе­хи со­вре­мен­ной био­ло­гии» (М., 1932), «Ус­пе­хи хи­мии» (М., 1932) и др.; еже­год­ник «Ус­пе­хи био­ло­ги­че­ской хи­мии» (М., 1950).

Источник: bigenc.ru

Введение

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое биохимия, достаточно сказать, что это наука, посвященная химическому составу и процессам, протекающим внутри живой клетки организма. Однако она имеет множество составляющих, узнав которые, можно более конкретизировано составить представление о ней.

В некоторых временных эпизодах XIX века терминологическая единица «биохимия» стала впервые использоваться. Однако была введена в научные круги лишь в 1903 году химиком из Германии — Карлом Нейбергом. Эта наука занимает промежуточную позицию между биологией и химией.

Исторические факты

Ответить на вопрос четко, что такое биохимия, человечество смогло лишь около ста лет назад. Несмотря на то что общество использовало биохимические процессы и реакции еще в далекой древности, оно не подозревало о наличии их истинной сути.

Одними из самых отдаленных примеров может служить изготовление хлеба, виноделие, сыроварение и т. д. Ряд вопросов о целебных свойствах растений, проблем со здоровьем и т. п. заставил человека вникнуть в их основу и природу деятельности.

Развитие общего набора направлений, которые в конечном итоге привели к созданию биохимии, наблюдается уже в древних временах. Ученый-врач из Персии в десятом веке написал книгу о канонах врачебной науки, где смог подробно изложить описание различных лекарственных веществ. В XVII веке ван Гельмонт предложил термин «фермента» как единицы реагента химической природы, участвующей в пищеварительных процессах.

В XVIII веке, благодаря работам А.Л. Лавуазье и М.В. Ломоносова, был выведен закон сохранения массы вещества. В конце того же века было определено значение кислорода в процессе дыхания.

В 1827 году наука позволила создать разделение молекул биологической природы на соединения жиров, белков и углеводов. Этими терминами пользуются до сих пор. Годом позже в работе Ф. Велера было доказано, что вещества живых систем могут синтезироваться искусственными способами. Еще одним важным событием было изготовление и составление теории строения органических соединений.

Основы биохимии формировались многие сотни лет, но приняли четкое определение в 1903 году. Эта наука стала первой дисциплиной из разряда биологических, которая обладала собственной системой математических анализов.

Спустя 25 лет, в 1928 году, Ф. Гриффит провел эксперимент, целью которого было исследование механизма трансформации. Ученый заражал мышей пневмококками. Он убивал бактерии одного штамма и добавлял их к бактериям другого. Исследование показало, что процесс очистки болезнетворных агентов привел к образованию нуклеиновой кислоты, а не белка. Перечень открытий пополняется и в настоящее время.

Наличие смежных дисциплин

Биохимия – это отдельная наука, однако ее созданию предшествовал активный процесс развития органического раздела химии. Главное отличие заключается в объектах исследования. В биохимии рассматриваются только те вещества или процессы, которые могут протекать в условиях живых организмов, а не за их пределами.

В конечном итоге биохимия включила понятие молекулярной биологии. Отличаются они между собой преимущественно методами действий и предметам, которые они изучают. В настоящее время терминологические единицы «биохимия» и «молекулярная биология» стали использоваться в качестве синонимов.

Наличие разделов

На сегодняшний день биохимия включает в себя ряд исследовательских направлений, среди которых:

• Раздел статической биохимии — наука о химическом составе живых существ, структур и молекулярном разнообразии, функций и т. д.

• Существует ряд разделов, изучающий биологические полимеры белковых, липидных, углеводных, аминокислотных молекул, а также нуклеиновые кислоты и сам нуклеотид.

• Биохимия, изучающая витамины, их роль и форму воздействия на организм, возможные нарушения в процессах жизнедеятельности при нехватке или чрезмерном количестве.

• Гормональная биохимия – наука, изучающая гормоны, их биологический эффект, причины недостатка или переизбытка.

• Наука об обмене веществ и его механизмах – динамический раздел биохимии (включает в себя биоэнергетику).

• Исследования молекулярной биологии.

• Функциональная составляющая биохимии изучает явление химических превращений, отвечающих за функциональность всех компонентов организма, начиная с тканей, а заканчивая всем телом.

• Медицинская биохимия – раздел о закономерностях обмена веществ между структурами организма под влиянием заболеваний.

Также существуют ответвления биохимии микроорганизмов, человека, животных, растений, крови, тканей и т. д.

Средства исследования и решения проблем

Методы биохимии основываются на фракционировании, анализе, детальном изучении и рассмотрении структуры как отдельного компонента, так и целого организма или его вещества. Большинство из них формировались в течение XX века, а самую широкую известность получила хроматография — процесс центрифугирования и электрофорез.

В конце XX века биохимические методы начали все чаще и чаще находить свое применение в молекулярных и клеточных разделах биологии. Была определена структура всего генома человеческой ДНК. Это открытие дало возможность узнать о существовании огромного ряда веществ, в частности различных белков, которые не обнаруживались при очистке биомассы, в связи с их чрезвычайно малым содержанием в веществе.

Геномика поставила под сомнение огромное количество биохимических знаний и обусловила развитие изменений в ее методологии. Появилось понятие компьютерного виртуального моделирования.

Химическая составляющая

Физиология и биохимия тесно связаны между собой. Это объясняется зависимостью нормы протекания всех физиологических процессов с содержанием различного ряда химических элементов.

В природе можно встретить 90 компонентов периодической таблицы химических элементов, но для жизни необходимо около четверти. Во многих редких компонентах наш организм вовсе не нуждается.

Различное положение таксона в иерархической таблице живых существ обуславливает разную потребность в наличии тех или иных элементов.

99 % человеческой массы состоит из шести элементов (С, Н, N, O, F, Ca). Помимо основного количества данных видов атомов, образующих вещества, нам необходимы еще 19 элементов, но в малых или микроскопических объемах. Среди них имеются: Zn, Ni, Ma, K, Cl, Na и другие.

Биомолекула белка

Главные молекулы, изучением которых занимается биохимия, относятся к углеводам, белкам, липидам, нуклеиновым кислотам, а также внимание этой науки сосредоточенно на их гибридах.

Белки — соединения, обладающие крупными размерами. Они образуются посредством связывания цепочек из мономеров – аминокислот. Большая часть живых существ получает белки при помощи синтеза двадцати видов этих соединений.

Эти мономеры отличаются между собой структурой радикальной группы, которая играет огромную роль в ходе свертывания белка. Цель этого процесса заключается в образовании трехмерной структуры. Соединяются между собой аминокислоты при помощи образования пептидных связей.

Отвечая на вопрос о том, что такое биохимия, нельзя не упомянуть такие сложные и многофункциональные биологические макромолекулы, как белки. Они имеют больше задач, чем полисахариды или нуклеиновые кислоты, которые необходимо выполнить.

Некоторые белки представлены ферментами и занимаются катализом различных реакции биохимической природы, что очень важно для обмена веществ. Другие белковые молекулы могут выполнять роль сигнальных механизмов, образовывать цитоскелеты, участвовать в иммунной защите и т. д.

Некоторые виды белков способны образовывать небелковые биомолекулярные комплексы. Вещества, созданные путем слияния белков с олигосахаридами, позволяют существовать таким молекулам, как гликопротеины, а взаимодействие с липидами приводит к появлению липопротеинов.

Молекула нуклеиновой кислоты

Нуклеиновые кислоты представлены комплексами макромолекул, состоящих из полинуклеотидного набора цепочек. Их главное функциональное предназначение заключается в кодировке наследственной информации. Синтез нуклеиновый кислоты происходит благодаря наличию мононуклеозидтрифосфатных макроэнергетических молекул (АТФ, ТТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).

Самые широко распространенные представители таких кислот — это ДНК и РНК. Эти структурные элементы находятся в составе каждой живой клетки, от археи, до эукариотов, и даже в вирусах.

Молекула липида

Липиды – это молекулярные вещества, составленные глицерином, к которым посредством сложно-эфирных связей прикрепляются жирные кислоты (от 1 до 3). Такие вещества делят на группы в соответствие с длиной углеводородной цепочки, а также обращают внимание на насыщенность. Биохимия воды не позволяет ей растворять в себе соединения липидов (жиров). Как правило, такие вещества растворяются в полярных растворах.

Основные задачи липидов заключаются в обеспечении энергией организма. Некоторые входят в состав гормонов, могут выполнять сигнальную функцию или переносить липофильные молекулы.

Молекула углевода

Углеводы – это биополимеры, образованные путем соединения мономеров, которые в данном случае представлены моносахаридами, такими как, например, глюкоза или фруктоза. Изучение биохимии растений позволило человеку определить, что основная часть углеводов содержится именно в них.

Свое применение эти биополимеры находят в структурной функции и предоставлении энергетических ресурсов организму или клетке. У растительных организмов главным запасающим веществом служит крахмал, а у животных – гликоген.

Течение цикла Кребса

Существует в биохимии цикл Кребса – явление, в ходе которого преобладающее количество эукариотических организмов получают большую часть энергии, расходуемой на процессы окисления поглощаемой пищи.

Наблюдать его можно внутри клеточных митохондрий. Образуется посредством нескольких реакций, в ходе которых высвобождаются запасы «спрятанной» энергии.

В биохимии цикл Кребса – это важный фрагмент общего дыхательного процесса и вещественного обмена внутри клеток. Цикл был открыт и изучен Х. Кребсом. За это ученый получил Нобелевскую премию.

Данный процесс также называют системой для переноса электронов. Это связано с сопутствующим переходом АТФ в АДФ. Первое соединение, в свою очередь, занимается обеспечением метаболических реакций при помощи выделения энергии.

Биохимия и медицина

Биохимия медицины представлена нам в виде науки, охватывающей множество областей биологических и химических процессов. В настоящее время существует целая отрасль в образовании, которая готовит специалистов для данных исследований.

Здесь изучают все живое: от бактерии или вируса до человеческого организма. Наличие специальности биохимика дает субъекту возможность следить за постановкой диагноза и анализировать лечение, применимое к индивидуальной единице, делать выводы и т. д.

Чтобы подготовить высококвалифицированного эксперта в этой области, нужно обучить его естественным наукам, медицинским основам и биотехнологическим дисциплинам, проводят множество тестов по биохимии. Также студенту дают возможность практически применять свои знания.

вузы биохимии в настоящее время приобретают все большую популярность, что обуславливается быстрым развитием этой науки, ее важностью для человека, востребованностью и т. д.

Среди самых известных учебных заведений, где готовят специалистов этой отрасли науки, самые популярные и значимые: МГУ им. Ломоносова, ПГПУ им. Белинского, МГУ им. Огарева, Казанский и Красноярский государственные университеты и другие.

Перечень документов, необходимых для поступления в подобные вузы не отличается от списка для зачисления в другие высшие учебные заведения. Биология и химия являются основными предметами, которые необходимо сдавать при поступлении.

Источник: www.syl.ru