Capitolul 1 Introducere în problemele biosferei 1.1. Definiția biosferei Ce este biosfera Să ne amintim câteva dintre trăsăturile sale caracteristice. stiinta moderna Există multe definiții ale biosferei. Să dăm doar câteva. „Biosfera este specială, cuprinsă de viață

Introducere Iată, primul paragraf al cărții despre ADN - despre modul în care ni se dezvăluie poveștile stocate în ADN de mii și chiar milioane de ani, despre modul în care ADN-ul ne ajută să deslușim ghicitori despre om, răspunsurile la care păreau de mult pierdute. . Oh da! Eu scriu această carte

Capitolul 8. Introducere în metabolism Metabolismul sau metabolismul este un ansamblu de reacții chimice din organism care îi furnizează substanțele și energia necesare vieții. Proces metabolic însoțit de formarea mai simplu

BIOCHIMIA (chimia biologică), știința care studiază compozitia chimica obiectele vii, structura și căile de transformare a compușilor naturali în celule, organe, țesuturi și organisme întregi, precum și rolul fiziologic al individului transformări chimiceși modele de reglementare a acestora. Termenul „biochimie” a fost introdus de omul de știință german K. Neuberg în 1903. Subiectul, obiectivele și metodele de cercetare în biochimie se referă la studiul tuturor manifestărilor vieții la nivel molecular; În sistemul științelor naturii, ea ocupă un domeniu independent, raportându-se în mod egal atât la biologie, cât și la chimie. Biochimia este împărțită în mod tradițional în statică, care se ocupă cu analiza structurii și proprietăților tuturor elementelor organice și Nu compuși organici componente ale obiectelor vii (organite celulare, celule, țesuturi, organe); dinamic, studiind întregul set de transformări ale compușilor individuali (metabolism și energie); funcțional, care studiază rolul fiziologic al moleculelor de compuși individuali și transformările acestora în anumite manifestări ale vieții, precum și biochimia comparativă și evolutivă, care determină asemănările și diferențele în compoziția și metabolismul organismelor aparținând diferitelor grupe taxonomice. În funcție de obiectul de studiu, se distinge biochimia oamenilor, plantelor, animalelor, microorganismelor, sângelui, mușchilor, neurochimiei etc., iar pe măsură ce cunoștințele se aprofundează și specializarea lor, se distinge enzimologia, care studiază structura și mecanismul de acțiune al enzimelor, biochimia de glucide, lipide, acizi nucleici etc.acizi, membrane. Pe baza scopurilor și obiectivelor, biochimia este adesea împărțită în biochimie medicală, agricolă, tehnică, nutrițională etc.

Formarea biochimiei în secolele XVI-XIX. Apariția biochimiei ca stiinta independenta este strâns legată de dezvoltarea altor discipline de științe naturale (chimie, fizică) și medicină. Iatrochimia a avut o contribuție semnificativă la dezvoltarea chimiei și medicinei în secolul al XVI-lea - prima jumătate a secolului al XVII-lea. Reprezentanții săi au studiat sucurile digestive, bila, procesele de fermentație etc. și au ridicat întrebări despre transformările substanțelor în organismele vii. Paracelsus a ajuns la concluzia că procesele care au loc în corpul uman sunt procese chimice. J. Silvius a acordat o mare importanță raportului corect al acizilor și alcalinelor din corpul uman, a cărui încălcare, după cum credea el, stă la baza multor boli. J. B. van Helmont a încercat să stabilească modul în care este creată materia vegetală. La începutul secolului al XVII-lea, omul de știință italian S. Santorio, folosind o cameră special concepută de el, a încercat să stabilească raportul dintre cantitatea de hrană consumată și excrementele umane.

Bazele științifice ale biochimiei au fost puse în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, ceea ce a fost facilitat de descoperiri în domeniul chimiei și fizicii (inclusiv descoperirea și descrierea unui număr de elemente chimice și compuși simpli, formularea legilor gazelor, descoperirea legilor conservării şi transformării energiei), utilizarea metode chimice analiză în fiziologie. În anii 1770, A. Lavoisier a formulat ideea că procesele de ardere și respirație sunt similare; a stabilit că respiraţia oamenilor şi animalelor din punct de vedere chimic este un proces de oxidare. J. Priestley (1772) a dovedit că plantele emit oxigenul necesar vieții animalelor, iar botanistul olandez J. Ingenhouse (1779) a stabilit că purificarea aerului „stricat” se realizează numai de părțile verzi ale plantelor și numai în lumina (aceste lucrări au pus bazele studiului fotosintezei). L. Spallanzani a propus să considere digestia ca un lanț complex de transformări chimice. Până la începutul secolului al XIX-lea, o serie de substanțe organice (uree, glicerină, acizi citric, malic, lactic și uric, glucoză etc.) au fost izolate din surse naturale. În 1828, F. Wöhler a efectuat pentru prima dată sinteza chimică a ureei din cianat de amoniu, dezmințind astfel ideea predominantă anterior despre posibilitatea sintetizării compușilor organici numai de către organismele vii și dovedind inconsecvența vitalismului. În 1835, I. Berzelius a introdus conceptul de cataliză; el a postulat că fermentarea este un proces catalitic. În 1836, chimistul olandez G. J. Mulder a propus pentru prima dată o teorie a structurii substanțelor proteice. Date acumulate treptat cu privire la compoziția chimică a organismelor vegetale și animale și reacțiile chimice care au loc în ele până la mijlocul secolului al XIX-lea, au fost descrise o serie de enzime (amilază, pepsină, tripsină etc.); În a doua jumătate a secolului al XIX-lea s-au obținut unele informații despre structura și transformările chimice ale proteinelor, grăsimilor și carbohidraților, precum și despre fotosinteză. În 1850-55, C. Bernard a izolat glicogenul din ficat și a stabilit faptul transformării acestuia în glucoză care pătrunde în sânge. Lucrarea lui I. F. Miescher (1868) a pus bazele studiului acizilor nucleici. În 1870, J. Liebig a formulat natura chimică a acțiunii enzimelor (principiile sale de bază rămân importante până în zilele noastre); în 1894, E. G. Fischer a folosit pentru prima dată enzimele ca biocatalizatori pentru reacții chimice; a ajuns la concluzia că substratul corespundea enzimei ca o „cheie a unui lacăt”. L. Pasteur a concluzionat că fermentația este un proces biologic, a cărui implementare necesită celule vii de drojdie, respingând astfel teoria chimică a fermentației (J. Berzelius, E. Mitscherlich, J. Liebig), conform căreia fermentarea zaharurilor este complexă. reacție chimică. Claritatea a fost adusă în cele din urmă la această problemă după ce E. Buchner (1897, împreună cu fratele său, G. Buchner) a demonstrat capacitatea unui extract de celule de microorganisme de a provoca fermentația. Munca lor a contribuit la cunoașterea naturii și mecanismului de acțiune al enzimelor. Curând A. Garden a stabilit că fermentația este însoțită de includerea fosfatului în compușii de carbohidrați, care a servit drept imbold pentru izolarea și identificarea esterilor de fosfor ai carbohidraților și înțelegerea rolului lor cheie în transformările biochimice.

Dezvoltarea biochimiei în Rusia în această perioadă este asociată cu numele lui A. Ya Danilevsky (a studiat proteinele și enzimele), M. V. Nenetsky (a studiat căile de formare a ureei în ficat, structura clorofilei și hemoglobinei), V. S. Gulevich. (biochimia țesutului muscular, extractii musculare), S. N. Vinogradsky (descoperit chimiosinteza în bacterii), M. S. Tsvet (a creat o metodă de analiză cromatografică), A. I. Bach (teoria peroxidului de oxidare biologică), etc. Doctorul rus N. I. Lunin a deschis calea pentru studiul vitaminelor, dovedind experimental (1880) necesitatea unor substante speciale (pe langa proteine, carbohidrati, grasimi, saruri si apa) pentru dezvoltarea normala a animalelor. La sfârșitul secolului al XIX-lea s-au format idei despre asemănarea principiilor și mecanismelor de bază ale transformărilor chimice în diverse grupuri organismelor, precum și caracteristicile metabolismului lor (metabolism).

Acumularea unui volum mare de informații privind compoziția chimică a organismelor vegetale și animale și procesele chimice care au loc în acestea a condus la necesitatea sistematizării și generalizării datelor. Prima lucrare în această direcție a fost manualul lui I. Simon („Handbuch der angewandten medicinischen Chemie”, 1842). În 1842, a apărut monografia lui J. Liebig „Die Tierchemie oder die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Physiologie und Pathologie”. Primul manual intern de chimie fiziologică a fost publicat de profesor Universitatea Harkov A.I. Khodnev în 1847. În 1873 au început să fie publicate periodic periodice. În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, la facultățile de medicină ale multor universități rusești și străine au fost organizate departamente speciale (inițial au fost numite departamente de chimie medicală sau funcțională). În Rusia, pentru prima dată, departamentele de chimie medicinală au fost create de A. Ya Danilevsky la Universitatea din Kazan (1863) și A. D. Bulyginsky (1864) la. Facultatea de Medicină Universitatea din Moscova.

Biochimia în secolul XX. Formarea biochimiei moderne a avut loc în prima jumătate a secolului al XX-lea. Începutul său a fost marcat de descoperirea vitaminelor și hormonilor, iar rolul acestora în organism a fost determinat. În 1902, E. G. Fischer a fost primul care a sintetizat peptide, stabilind astfel natura legătură chimicăîntre aminoacizii din proteine. În 1912, biochimistul polonez K. Funk a izolat o substanță care previne dezvoltarea polinevritei și a numit-o vitamina. După aceasta, multe vitamine au fost descoperite treptat, iar vitaminologia a devenit una dintre ramurile biochimiei, precum și știința nutriției. În 1913 s-au dezvoltat L. Michaelis și M. Menten (Germania). fundamente teoretice se formulează reacţiile enzimatice, legile cantitative ale catalizei biologice; s-a stabilit structura clorofilei (R. Willstetter, A. Stoll, Germania). La începutul anilor 1920, A.I Oparin a formulat o abordare generală a înțelegerii chimice a problemei originii vieții. Pentru prima dată, enzimele ureaza (J. Sumner, 1926), chimotripsina, pepsina și tripsina (J. Northrop, 1930) au fost obținute sub formă cristalină, ceea ce a servit drept dovadă a naturii proteice a enzimelor și a impulsului pentru rapid dezvoltarea enzimologiei. În acești ani, H. A. Krebs a descris mecanismul sintezei ureei la vertebrate în timpul ciclului ornitinei (1932); A. E. Braunstein (1937, împreună cu M. G. Kritsman) a descoperit reacția de transaminare ca intermediar în biosinteza și descompunerea aminoacizilor; O. G. Warburg a descoperit natura enzimei care reacţionează cu oxigenul din ţesuturi. În anii 1930 a fost încheiată etapa principală de studiu a naturii proceselor biochimice fundamentale. S-a stabilit secvența reacțiilor de descompunere a carbohidraților în timpul glicolizei și fermentației (O. Meyerhof, Ya. O. Parnas), transformarea acidului piruvic în ciclurile acizilor di- și tricarboxilici (A. Szent-Gyorgyi, H. A. Krebs, 1937). ), s-a descoperit fotodescompunerea apei (R. Hill, UK, 1937). Lucrările lui V. I. Palladin, A. N. Bach, G. Wieland, biochimistul suedez T. Thunberg, O. G. Warburg și biochimistul englez D. Keilin au pus bazele ideilor moderne despre respirația intracelulară. Trifosfatul de adenozină (ATP) și fosfatul de creatină au fost izolate din extractele musculare. În URSS, lucrările lui V. A. Engelhardt (1930) și V. A. Belitser (1939) privind fosforilarea oxidativă și caracteristicile cantitative ale acestui proces au pus bazele bioenergiei moderne. Mai târziu, F. Lipman a dezvoltat idei despre compușii fosforului bogat în energie și a stabilit rolul central al ATP în bioenergetica celulei. Descoperirea ADN-ului în plante (biochimiștii ruși A.N. Belozersky și A.R. Kizel, 1936) a contribuit la recunoașterea unității biochimice a lumii vegetale și animale. În 1948, A. A. Krasnovsky a descoperit că reacția de reducere fotochimică reversibilă a clorofilei a fost făcută în elucidarea mecanismului fotosintezei (M. Calvin).

Dezvoltarea ulterioară a biochimiei este asociată cu studiul structurii și funcției unui număr de proteine, dezvoltarea principiilor de bază ale teoriei catalizei enzimatice, stabilirea schemelor fundamentale ale metabolismului etc. Progresul biochimiei în A doua jumătate a secolului al XX-lea se datorează în mare parte dezvoltării de noi metode. Datorită îmbunătățirii metodelor de cromatografie și electroforeză, a devenit posibil să se descifreze secvențele de aminoacizi din proteine ​​și nucleotidele din acizii nucleici. Analiza difracției cu raze X a făcut posibilă determinarea structurii spațiale a moleculelor unui număr de proteine, ADN și alți compuși. Folosind microscopia electronică, necunoscută anterior structuri celulare, datorită ultracentrifugării, au fost izolate diverse organele celulare (inclusiv nucleul, mitocondriile, ribozomii); utilizarea metodelor izotopice a făcut posibilă înțelegerea celor mai complexe căi de transformare a substanțelor în organisme etc. Diferite tipuri de spectroscopie radio și optică și spectroscopie de masă au ocupat un loc important în cercetarea biochimică. L. Pauling (1951, împreună cu R. Corey) au formulat idei despre structura secundară a proteinei, F. Sanger a descifrat (1953) structura hormonului proteic insulinei, iar J. Kindrew (1960) a determinat structura spațială a mioglobinei. moleculă. Datorită îmbunătățirii metodelor de cercetare, multe lucruri noi au fost introduse în înțelegerea structurii enzimelor, formarea centrului lor activ și activitatea lor ca parte a complexelor complexe. După stabilirea rolului ADN-ului ca substanță a eredității (O. Avery, 1944), se acordă o atenție deosebită acizilor nucleici și participării acestora la procesul de transmitere a caracteristicilor unui organism prin moștenire. În 1953, J. Watson și F. Crick au propus un model al structurii spațiale a ADN-ului (așa-numita dublă helix), legând structura acestuia cu funcția biologică. Acest eveniment a reprezentat un punct de cotitură în dezvoltarea biochimiei și a biologiei în general și a servit drept bază pentru separarea unei noi științe de biochimie - biologia moleculară. Cercetările privind structura acizilor nucleici, rolul lor în biosinteza proteinelor și fenomenele de ereditate sunt, de asemenea, asociate cu numele lui E. Chargaff, A. Kornberg, S. Ochoa, H. G. Coran, F. Sanger, F. Jacob și J. Monod, precum și oamenii de știință ruși A. N. Belozersky, A. A. Baev, R. B. Khesin-Lurie și alții. Studiul structurii biopolimerilor, analiza acțiunii compușilor naturali cu molecule scăzute biologic activi (vitamine, hormoni, alcaloizi, antibiotice etc.). .) a condus la necesitatea stabilirii unei legături între structura unei substanţe şi funcţia ei biologică. În acest sens, s-au dezvoltat cercetări asupra granițelor chimiei biologice și organice. Această direcție a devenit cunoscută sub numele de chimie bioorganică. În anii 1950, la intersecția dintre biochimie și chimie anorganică Chimia bioanorganică a apărut ca o disciplină independentă.

Succesele indubitabile ale biochimiei includ: descoperirea participării membranelor biologice la generarea de energie și cercetările ulterioare în domeniul bioenergiei; stabilirea căilor de transformare a celor mai importante produse metabolice; cunoașterea mecanismelor de transmitere a excitației nervoase, fundamentele biochimice ale activității nervoase superioare; elucidarea mecanismelor de transmitere a informației genetice, reglarea celor mai importante procese biochimice din organismele vii (semnalizare celulară și intercelulară) și multe altele.

Dezvoltarea modernă a biochimiei. Biochimia este o parte integrantă a biologiei fizice și chimice - un complex de științe interconectate și strâns legate între ele, care include și biofizica, chimia bioorganică, biologia moleculară și celulară etc., care studiază fundamentele fizice și chimice ale materiei vii. Cercetarea biochimică acoperă o gamă largă de probleme, a căror soluție se realizează la intersecția mai multor științe. De exemplu, genetica biochimică studiază substanțele și procesele implicate în implementarea informațiilor genetice, precum și rolul diferitelor gene în reglarea proceselor biochimice în condiții normale și în diferite tulburări metabolice genetice. Farmacologia biochimică studiază mecanismele moleculare de acțiune ale medicamentelor, contribuind la dezvoltarea unor medicamente mai avansate și mai sigure, imunochimia - structura, proprietățile și interacțiunile anticorpilor (imunoglobulinelor) și antigenelor. În stadiul actual, biochimia se caracterizează prin implicarea activă a unui arsenal metodologic larg de discipline conexe. Chiar și o ramură tradițională a biochimiei precum enzimologia, atunci când caracterizează rolul biologic al unei anumite enzime, rareori se lipsește de mutageneza țintită, dezactivând gena care codifică enzima studiată în organismele vii sau, dimpotrivă, expresia crescută a acesteia.

Deși căile de bază și principiile generale ale metabolismului și energiei în sistemele vii pot fi considerate stabilite, multe detalii despre metabolism și mai ales reglarea acestuia rămân necunoscute. Deosebit de relevantă este elucidarea cauzelor tulburărilor metabolice care duc la boli „biochimice” severe (diverse forme de diabet, ateroscleroză, degenerare a celulelor maligne, boli neurodegenerative, ciroză și multe altele), precum și baza științifică pentru corectarea țintită a acesteia ( crearea de medicamente, recomandări alimentare). Utilizarea metodelor biochimice face posibilă identificarea unor markeri biologici importanți ai diferitelor boli și sugerarea moduri eficiente diagnosticul și tratamentul acestora. Astfel, determinarea proteinelor și enzimelor specifice cardiace din sânge (troponina T și izoenzima creatin kinazei miocardice) permite diagnosticarea precoce a infarctului miocardic. Un rol important îl joacă biochimia nutrițională, care studiază componentele chimice și biochimice ale alimentelor, valoarea și semnificația acestora pentru sănătatea umană și influența depozitării. produse alimentareși prelucrarea lor pentru calitatea alimentelor. O abordare sistematică a studiului întregului set de macromolecule biologice și metaboliți cu molecule scăzute ai unei anumite celule, țesut, organ sau organism de un anumit tip a condus la apariția unor noi discipline. Acestea includ genomica (studiază întregul set de gene ale organismelor și caracteristicile exprimării acestora), transcriptomica (stabilește compoziția cantitativă și calitativă a moleculelor de ARN), proteomica (analizează întreaga varietate de molecule de proteine ​​caracteristice unui organism) și metabolomica ( studiază toți metaboliții unui organism sau celulele și organele sale individuale formate în procesul vieții), utilizând în mod activ strategia biochimică și metodele de cercetare biochimică. S-a dezvoltat domeniul aplicat al genomicii și proteomicii - bioingineria asociată cu proiectarea țintită a genelor și proteinelor. Direcțiile menționate mai sus sunt generate în mod egal de biochimie, biologie moleculară, genetică și chimie bioorganică.

Instituții științifice, societăți și publicații periodice. Cercetare științificăîn domeniul biochimiei se desfășoară în numeroase institute și laboratoare de cercetare specializate. În Rusia se află în sistemul RAS (inclusiv Institutul de Biochimie, Institutul de Fiziologie Evolutivă și Biochimie, Institutul de Fiziologie a Plantelor, Institutul de Biochimie și Fiziologia Microorganismelor, Institutul Siberian de Fiziologie și Biochimie a Plantelor, Institutul de Biologie Moleculară, Institutul de Chimie Bioorganică), academiile industriale (inclusiv Institutul de Chimie Biomedicală al Academiei Ruse de Științe Medicale), o serie de ministere. Lucrările la biochimie se desfășoară în laboratoare și la numeroase departamente ale universităților de biochimie. Specialiștii biochimiști atât în ​​străinătate, cât și în Federația Rusă sunt pregătiți în facultățile de chimie și biologice ale universităților care au departamente speciale; biochimiști de profil mai restrâns - în universități medicale, tehnologice, agricole și alte universități.

În majoritatea țărilor există societăți științifice biochimice, unite în Federația Europeană a Societăților Biochimice (FEBS) și Uniunea Internațională a Biochimiștilor și biologi moleculari(Uniunea Internațională de Biochimie, IUBMB). Aceste organizații organizează simpozioane, conferințe și congrese. În Rusia, Societatea Biochimică All-Union cu numeroase filiale republicane și orașe a fost creată în 1959 (din 2002, Societatea Biochimiștilor și Biologi Moleculari).

Există un număr mare de publicații periodice în care sunt publicate lucrări de biochimie. Cele mai cunoscute sunt: ​​„Journal of Biological Chemistry” (Balt., 1905), „Biochemistry” (Wash., 1964), „Biochemical Journal” (L., 1906), „Phytochemistry” (Oxf.; N. Y., 1962) , „Biochimica et Biophisica Acta” (Amst., 1947) și multe altele; anuale: 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 (inițial European Journal of Biochemistry", Oxf., 1967. ), „Febs letters” (Amst., 1968), „Nucleic Acids Research” (Oxf., 1974), „Biochimie” (R., 1914; Amst., 1986), „Tendințe în științe biochimice” (Elsevier, 1976). ), etc. În Rusia, rezultatele studiilor experimentale sunt publicate în reviste „Biochemistry” (Moscova, 1936), „Plant Physiology” (Moscova, 1954), „Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology” (Sankt Petersburg, 1965). ), „Biochimie aplicată și microbiologie” (M., 1965), „ Membrane biologice„(M., 1984), „Neurochimie” (M., 1982), etc., revizuiesc lucrările de biochimie - în reviste „Advances of Modern Biology” (M., 1932), „Advances of Chemistry” (M. , 1932) etc.; anuar „Progrese în chimia biologică” (Moscova, 1950).

Lit.: Jua M. Istoria chimiei. M., 1975; Shamin A. M. Istoria chimiei proteinelor. M., 1977; aka. Istoria chimiei biologice. M., 1994; Fundamentele biochimiei: În 3 vol. M., 1981; Strayer L. Biochimie: În 3 vol. M., 1984-1985; Leninger A. Fundamentele biochimiei: În 3 vol. M., 1985; Azimov A. Scurt istoric biologie. M., 2002; Elliott V., Elliott D. Biochimie și biologie moleculară. M., 2002; Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochimie. a 5-a ed. N.Y., 2002; Biochimie umană: În 2 volume, ed. a II-a. M., 2004; Berezov T. T., Korovkin B. F. Chimie biologică. a 3-a ed. M., 2004; Voet D., Voet J. Biochimie. a 3-a ed. N.Y., 2004; Nelson D. L., Cox M. M. Principiile biochimiei Lehninger. a 4-a ed. N.Y., 2005; Elliott W., Elliott D. Biochimie și biologie moleculară. a 3-a ed. Oxf., 2005; Garrett R.N., Grisham S.M. Biochimie. a 3-a ed. Belmont, 2005.

A. D. Vinogradov, A. E. Medvedev.

În acest articol vom răspunde la întrebarea ce este biochimia. Aici ne vom uita la definiția acestei științe, istoria ei și metodele de cercetare, vom acorda atenție unor procese și vom defini secțiunile acesteia.

Introducere

Pentru a răspunde la întrebarea ce este biochimia, este suficient să spunem că este o știință dedicată compoziției chimice și proceselor care au loc în interiorul unei celule vii a corpului. Cu toate acestea, are multe componente, după ce le-ați învățat, vă puteți face o idee mai specifică despre el.

În unele episoade temporare ale secolului al XIX-lea, unitatea terminologică „biochimie” a început să fie folosită pentru prima dată. Cu toate acestea, a fost introdus în cercurile științifice abia în 1903 de către un chimist din Germania, Carl Neuberg. Această știință ocupă o poziție intermediară între biologie și chimie.

Fapte istorice

Omenirea a putut să răspundă clar la întrebarea ce este biochimia cu doar o sută de ani în urmă. În ciuda faptului că societatea folosea procese și reacții biochimice în antichitate, nu era conștientă de prezența adevăratei lor esențe.

Unele dintre cele mai îndepărtate exemple sunt fabricarea pâinii, vinificația, fabricarea brânzei etc. O serie de întrebări despre proprietățile vindecătoare ale plantelor, problemele de sănătate etc. au forțat o persoană să se aprofundeze în baza lor și în natura activității.

Dezvoltarea unui set general de direcții care a condus în cele din urmă la crearea biochimiei poate fi observată deja în vremuri străvechi. Un om de știință-medic din Persia în secolul al X-lea a scris o carte despre canoanele științei medicale, unde a putut descrie în detaliu diferite substanțe medicinale. În secolul al XVII-lea, van Helmont a propus termenul de „enzimă” ca unitate a unui reactiv chimic implicat în procesele digestive.

În secolul al XVIII-lea, datorită lucrărilor lui A.L. Lavoisier și M.V. Lomonosov, a fost derivată legea conservării masei materiei. La sfarsitul aceluiasi secol a fost determinata importanta oxigenului in procesul respiratiei.

În 1827, știința a făcut posibilă crearea diviziunii moleculelor biologice în compuși de grăsimi, proteine ​​și carbohidrați. Acești termeni sunt folosiți și astăzi. Un an mai târziu, în lucrarea lui F. Wöhler, s-a dovedit că substanțele din sistemele vii pot fi sintetizate prin mijloace artificiale. încă unul eveniment important a fost producerea și compilarea unei teorii a structurii compușilor organici.

Fundamentele biochimiei au durat multe sute de ani pentru a se forma, dar au fost clar definite în 1903. Această știință a devenit prima disciplină biologică care a avut propriul sistem de analiză matematică.

25 de ani mai târziu, în 1928, F. Griffith a condus un experiment al cărui scop era studierea mecanismului de transformare. Omul de știință a infectat șoareci cu pneumococi. El a ucis bacteriile dintr-o tulpină și le-a adăugat la bacteriile de la alta. Studiul a constatat că procesul de purificare a agenților care cauzează boli a dus la formarea de acid nucleic mai degrabă decât de proteine. Lista descoperirilor este încă în creștere.

Disponibilitatea disciplinelor conexe

Biochimia este o știință separată, dar crearea ei a fost precedată de un proces activ de dezvoltare a ramurii organice a chimiei. Principala diferență constă în obiectele de studiu. Biochimia are în vedere doar acele substanțe sau procese care pot avea loc în condițiile organismelor vii, și nu în afara acestora.

Biochimia a încorporat în cele din urmă conceptul de biologie moleculară. Se deosebesc unul de celălalt în principal prin metodele lor de acțiune și prin subiectele pe care le studiază. În prezent, unitățile terminologice „biochimie” și „biologie moleculară” au început să fie folosite ca sinonime.

Disponibilitatea secțiunilor

Astăzi, biochimia include o serie de domenii de cercetare, inclusiv:

Ramura biochimiei statice este știința compoziției chimice a ființelor vii, a structurilor și a diversității moleculare, a funcțiilor etc.

Există o serie de secțiuni care studiază polimerii biologici de proteine, lipide, carbohidrați, molecule de aminoacizi, precum și acizii nucleici și nucleotida în sine.

Biochimia, care studiază vitaminele, rolul și forma lor de influență asupra organismului, eventualele tulburări ale proceselor vitale datorate deficienței sau cantităților excesive.

Biochimia hormonală este o știință care studiază hormonii, efectul lor biologic, cauzele deficienței sau excesului.

Știința metabolismului și a mecanismelor sale este o ramură dinamică a biochimiei (include bioenergetica).

Cercetare în Biologie Moleculară.

Componenta funcțională a biochimiei studiază fenomenul transformărilor chimice responsabile de funcționalitatea tuturor componentelor corpului, începând cu țesuturile și terminând cu întregul organism.

Biochimia medicală este o secțiune despre tiparele metabolismului dintre structurile corpului sub influența bolilor.

Există și ramuri ale biochimiei microorganismelor, oamenilor, animalelor, plantelor, sângelui, țesuturilor etc.

Instrumente de cercetare și rezolvare a problemelor

Metodele de biochimie se bazează pe fracționare, analiză, studiul detaliat și examinarea structurii atât a unei componente individuale, cât și a întregului organism sau substanța acestuia. Cele mai multe dintre ele s-au format în timpul secolului al XX-lea, iar cea mai cunoscută este cromatografia - procesul de centrifugare și electroforeză.



La sfârșitul secolului al XX-lea, metodele biochimice au început să-și găsească din ce în ce mai mult aplicarea în ramurile moleculare și celulare ale biologiei. A fost determinată structura întregului genom ADN uman. Această descoperire a făcut posibilă cunoașterea existenței unui număr imens de substanțe, în special diferite proteine, care nu au fost detectate în timpul epurării biomasei, datorită conținutului lor extrem de scăzut în substanță.

Genomica a provocat o cantitate imensă de cunoștințe biochimice și a condus la dezvoltarea unor schimbări în metodologia sa. A apărut conceptul de modelare virtuală pe computer.

Componenta chimica

Fiziologia și biochimia sunt strâns legate. Acest lucru se explică prin dependența ratei de apariție a tuturor proceselor fiziologice cu conținutul unui număr diferit de elemente chimice.



Există 90 de componente ale tabelului periodic al elementelor chimice găsite în natură, dar aproximativ un sfert sunt necesare pentru viață. Corpul nostru nu are nevoie deloc de multe componente rare.

Pozițiile diferite ale unui taxon în tabelul ierarhic al ființelor vii determină nevoi diferite pentru prezența anumitor elemente.

99% din masa umană este formată din șase elemente (C, H, N, O, F, Ca). Pe lângă cantitatea principală din aceste tipuri de atomi care formează substanțe, avem nevoie de încă 19 elemente, dar în volume mici sau microscopice. Printre acestea se numără: Zn, Ni, Ma, K, Cl, Na și altele.

Biomolecula de proteine

Principalele molecule studiate de biochimie sunt carbohidrații, proteinele, lipidele, acizii nucleici, iar atenția acestei științe se concentrează asupra hibrizilor lor.

Proteinele sunt compuși mari. Ele sunt formate prin legarea lanțurilor de monomeri - aminoacizi. Majoritatea ființelor vii obțin proteine ​​prin sinteza a douăzeci de tipuri de acești compuși.

Acești monomeri diferă unul de celălalt în structura grupului radical, care joacă rol imensîn timpul plierii proteinelor. Scopul acestui proces este de a forma o structură tridimensională. Aminoacizii sunt legați între ei prin formarea de legături peptidice.

Când răspundem la întrebarea ce este biochimia, nu se poate să nu menționăm macromolecule biologice atât de complexe și multifuncționale precum proteinele. Au mai multe sarcini de îndeplinit decât polizaharidele sau acizii nucleici.

Unele proteine ​​sunt reprezentate de enzime și sunt implicate în catalizarea diferitelor reacții de natură biochimică, ceea ce este foarte important pentru metabolism. Alte molecule de proteine ​​pot acționa ca mecanisme de semnalizare, pot forma citoschelete, pot participa la apărarea imună etc.

Unele tipuri de proteine ​​sunt capabile să formeze complexe biomoleculare non-proteice. Substantele create prin fuzionarea proteinelor cu oligozaharide permit existenta unor molecule precum glicoproteinele, iar interactiunea cu lipidele duce la aparitia lipoproteinelor.

Moleculă de acid nucleic

Acizii nucleici sunt reprezentați de complexe de macromolecule formate dintr-un set polinucleotidic de lanțuri. Principalul lor lucru scop functional constă în codificarea informaţiilor ereditare. Sinteza acidului nucleic are loc datorită prezenței moleculelor macroenergetice mononucleozidice trifosfat (ATP, TTP, UTP, GTP, CTP).

Cei mai răspândiți reprezentanți ai unor astfel de acizi sunt ADN și ARN. Aceste elemente structurale se găsesc în fiecare celulă vie, de la arhee la eucariote și chiar viruși.

Moleculă de lipide

Lipidele sunt substanțe moleculare, compuse din glicerol, de care sunt atașate prin legături esterice acizi grași(de la 1 la 3). Astfel de substanțe sunt împărțite în grupuri în funcție de lungimea lanțului de hidrocarburi și se acordă, de asemenea, atenție saturației. Biochimia apei nu îi permite să dizolve compușii lipidici (grăsimi). De regulă, astfel de substanțe se dizolvă în soluții polare.



Sarcinile principale ale lipidelor sunt de a furniza energie organismului. Unele fac parte din hormoni, pot îndeplini o funcție de semnalizare sau pot transporta molecule lipofile.

moleculă de carbohidrați

Carbohidrații sunt biopolimeri formați prin combinarea monomerilor, care în acest caz sunt reprezentați de monozaharide, precum glucoza sau fructoza. Studiul biochimiei plantelor a permis omului să determine că cea mai mare parte a carbohidraților este conținută în ele.

Acești biopolimeri își găsesc utilizarea în funcție structurală și furnizează resurse energetice organismului sau celulei. În organismele vegetale, principala substanță de depozitare este amidonul, iar la animale este glicogenul.

Cursul ciclului Krebs

Există un ciclu Krebs în biochimie - un fenomen în timpul căruia numărul predominant de organisme eucariote primește cea mai mare parte a energiei cheltuite în procesele de oxidare a alimentelor ingerate.

Poate fi observată în interiorul mitocondriilor celulare. Se formează prin mai multe reacții, în timpul cărora se eliberează rezerve de energie „ascunsă”.

În biochimie, ciclul Krebs este un fragment important al procesului respirator general și al metabolismului material din interiorul celulelor. Ciclul a fost descoperit și studiat de H. Krebs. Pentru aceasta, omul de știință a primit Premiul Nobel.

Acest proces se mai numește și sistem de transfer de electroni. Acest lucru se datorează conversiei concomitente a ATP în ADP. Primul compus, la rândul său, este responsabil pentru asigurarea reacțiilor metabolice prin eliberarea de energie.

Biochimie și medicină

Biochimia medicinei ne este prezentată ca o știință care acoperă multe domenii ale proceselor biologice și chimice. În prezent, există o întreagă industrie în educație care pregătește specialiști pentru aceste studii.

Aici se studiază orice ființă vie: de la bacterii sau viruși până la corpul uman. A avea o specialitate ca biochimist oferă subiectului posibilitatea de a urmări diagnosticul și de a analiza tratamentul aplicabil unității individuale, de a trage concluzii etc.



Pentru a pregăti un expert înalt calificat în acest domeniu, trebuie să-l instruiți în științele naturii, bazele medicaleși disciplinele biotehnologice, efectuează multe teste în biochimie. Studentului i se oferă, de asemenea, posibilitatea de a-și aplica practic cunoștințele.

Universitățile de biochimie devin în prezent din ce în ce mai populare, ceea ce se datorează dezvoltării rapide a acestei științe, importanței ei pentru oameni, cererii etc.

Dintre cele mai cunoscute instituții de învățământ în care sunt pregătiți specialiști în această ramură a științei, cele mai populare și semnificative sunt: ​​Universitatea de Stat din Moscova. Lomonosov, Universitatea Pedagogică de Stat din Perm numită după. Belinsky, Universitatea de Stat din Moscova. Ogarev, Kazan și Krasnoyarsk universități de stat si altele.

Lista documentelor necesare pentru admiterea în astfel de universități nu diferă de lista pentru admiterea în alte instituții de învățământ superior. institutii de invatamant. Biologia și chimia sunt principalele discipline care trebuie luate la admitere.

Biochimia este o întreagă știință care studiază, în primul rând, compoziția chimică a celulelor și organismelor și, în al doilea rând, procesele chimice care stau la baza activității lor de viață. Termenul a fost introdus în comunitatea științifică în 1903 de către un chimist german pe nume Carl Neuberg.

Cu toate acestea, procesele biochimiei în sine sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri. Și pe baza acestor procese, oamenii coaceau pâine și făceau brânză, făceau vin și tăbăceau piei de animale, tratau bolile cu ajutorul ierburilor și apoi medicamentele. Și baza tuturor acestor lucruri sunt tocmai procesele biochimice.

De exemplu, fără să știe nimic despre știința în sine, savantul și medicul arab Avicenna, care a trăit în secolul al X-lea, a descris multe substanțe medicinale și efectele lor asupra organismului. Și Leonardo da Vinci a concluzionat că un organism viu poate trăi doar într-o atmosferă în care o flacără poate arde.

Ca orice altă știință, biochimia are propriile sale metode de cercetare și studiu. Și cele mai importante dintre ele sunt cromatografia, centrifugarea și electroforeza.

Biochimia de astăzi este o știință care a făcut un salt mare în dezvoltarea sa. De exemplu, a devenit cunoscut faptul că din toate elementele chimice de pe pământ, puțin mai mult de un sfert este prezent în corpul uman. Și majoritatea elementelor rare, cu excepția iodului și seleniului, sunt complet inutile pentru ca oamenii să își mențină viața. Dar două elemente comune, cum ar fi aluminiul și titanul, nu au fost încă găsite în corpul uman. Și este pur și simplu imposibil să le găsești - nu sunt necesare pentru viață. Și dintre toate, doar 6 sunt cele de care o persoană are nevoie zilnic și din ele este format 99% din corpul nostru. Acestea sunt carbonul, hidrogenul, azotul, oxigenul, calciul și fosforul.

Biochimia este o știință care studiază componente atât de importante ale alimentelor precum proteinele, grăsimile, carbohidrații și acizii nucleici. Astăzi știm aproape totul despre aceste substanțe.

Unii oameni confundă două științe - biochimia și chimia organică. Dar biochimia este o știință care studiază procesele biologice care au loc numai într-un organism viu. Dar chimia organică este o știință care studiază anumiți compuși ai carbonului, iar aceștia includ alcooli, eteri, aldehide și mulți, mulți alți compuși.

Biochimia este, de asemenea, o știință care include citologia, adică studiul unei celule vii, structura, funcționarea, reproducerea, îmbătrânirea și moartea acesteia. Această ramură a biochimiei este adesea numită biologie moleculară.

Cu toate acestea, biologia moleculară, de regulă, funcționează cu acizi nucleici, dar biochimiștii sunt mai interesați de proteine ​​și enzime care declanșează anumite reacții biochimice.

Astăzi, biochimia folosește din ce în ce mai mult evoluțiile ingineriei genetice și biotehnologiei. Cu toate acestea, în sine, acestea sunt și științe diferite, pe care fiecare le studiază pe proprie. De exemplu, biotehnologia studiază metode de clonare a celulelor, iar ingineria genetică încearcă să găsească modalități de a înlocui o genă bolnavă din corpul uman cu una sănătoasă și astfel să evite dezvoltarea multor boli ereditare.

Și toate aceste științe sunt strâns legate între ele, ceea ce le ajută să se dezvolte și să lucreze în beneficiul umanității.