Глава1. биохимическая характеристика

ВВЕДЕНИЕ

Биохимия — наука о химическом составе живых мрымп шок и превращениях в процессе жизнедеятельности ичпднщих н них веществ. Будучи фундаментальной наукой, 1'ммчпмия связана с математикой, физикой, неорганичес-миг, органической и физколлоидной химией, биологией и медициной. Она является основой научных представлений о природе живой материи, о сложных законах и механизмах п|М1чи']1ия процессами жизнедеятельности.

Роль биохимии особенно важна для изучения причин заболеваний человека, животных, растений, поисков эфективных средств их лечения и способов профилактики, мроп июдстна лекарств.

Биохимические процессы и методы используются в различных отраслях сельскохозяйственного производства, пищевой промышленности к переработке растительного и животного сырья, обеспечении его хранения, защиты от порчи готовой продукции, в борьбе с последствиями неблагоприятного влияния человека на окружающую среду.

Издавна люди эмпирически применяли различные биохимические реакции при квашении и консервировании ово-

щей, в сыроварении, виноделии, пивоварении, в чайном, табачном, кожевенном и других производствах, а также в медицинской практике.

В эпоху Возрождения и до второй половины XIX века происходило накопление знаний по химии вообще и химии живой материи в частности.

Успехи в различных науках, в том числе в математике, химии, физике, биологии, медицине, обусловили развитие биохимии как самостоятельной науки. Основой ее становле­нии явилось, открытие великим русским ученым М. В. Ломоносовым Закона сохранения материи и энергии, впоследствии подтвержденного французским химиком А. Лавуазье, сформулировавшим закон количественных соотношений в химии.

Важный вклад в развитие биохимии внесли шведский уче­ный И. Берцелиус и немецкий химик Ю. Либих, разработав­шие количественные методы исследований химического со­става живой материи и изменений, происходящих в процессе ее жизнедеятельности. В XIX веке удалось синтезировать ве­щества, которые не содержатся в неживой природе, а входят в состав только живых организмов. Так, в 1828 году немецкий химик Ф. Вёлер впервые осуществил синтез мочевины и этим доказал несостоятельность господствовавшей в то время в нау­ке концепции витализма, согласно которой органические со­единения могут синтезироваться лишь некоей божественной силой (vis vitalis), содержащейся в живых тканях. В последую­щие годы был синтезирован ряд других соединений, кото­рые не были обнаружены вне живой материи, в частности жиры (М. Бертло), углеводы (А. М. Бутлеров),

Бурное развитие биохимии приходится на начало XX века, когда были проведены исследования химического состава живой материи и определены структуры сложных органичес­ких соединений, значение их отдельных функциональных групп для ассимиляции в организме. Эти процессы являются составными частями обмена веществ и энергии — метабо­лизма (от греч. тет.аоо1е — перемена, превращение), обеспе­чивающего жизнедеятельность.

Основоположник отечественной биохимии А. Я. Данилев­ский сформулировал ряд положений о первичной структуре белков. Английский биохимик Ф. Сенгер расшифровал ами­нокислотную последовательность инсулина.

Огромное влияние на развитие динамической химии ока­зали работы И. М. Сеченова, изучавшего физиологию и био­химию дыхания, влияние на эти процессы состава пищи, функционального состояния организма, окружающей темпе­ратуры и других факторов. Важное значение для развития отечественной биохимии имели труды И. П. Павлова и его учеников. В лаборатории ученого.были изучены состав пище­варительных соков, ферментативные превращения пищевых веществ и процессы их всасывания, установлена нейрогумо-ральная регуляция обмена веществ, исследовано влияние факторов внешней среды на эти процессы, открыт ряд новых ферментов, введено понятие «проферменты».

Важным достижением отечественной науки стали иссле­дования А. Н. Баха и В. И. Палладина о биологическом окис­лении, В. А. Энгельгардта о роли АТФ в мышечном сокращении, В. Г. Гулевича о составе мышечной ткани, А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле, С. Е. Северина об обмег-ге углеводов. А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман описали реакции трансаминирования. Немецкий химик-органик и биохимик Э. Фишер сформулировал главные положения полипептид­ной теории структуры белков, основываясь на исследованиях А. Я. Данилевского.

Свидетельством дальнейших успехов биохимии явилось выделение в кристаллическом виде ферментов — уреазы и пепсина Дж. Самнером, открытие нуклеиновых кислот Ф. Ми-шером. Н. И. Лунин и К. Функ обнаружили в составе веществ витамины, О. Варбург и А. Сент-Дьёрди выяснили сущность процессов образования энергии в организме. X. Кребс под­робно изучил орнитиновый цикл образования мочевины и цикл трикарбоновых кислот. Д. Кейлин выделил цитохром и экспериментально показал участие его в процессе переноса электронов в дыхательной цепи.

В первой половине XX века сформировались некоторые современные направления биохимии, началась ее диффе­ренциация по отдельным отраслям: витаминология, энзи-чология, биохимия гормонов и др. Это время характеризу­ется активным использованием физико-химических и математичесаких методов в биохимических лабораториях, изучением основных жизненных процессов — молекулярных основ хранения и передачи генетической информации, расшифровки структуры отдельных белков с использованием методовгенной инженерии, исследованием структуры и функций биомембран. К числу важнейших достижений от­носятся открытие модели двойной спирали ДНК американ­скими учеными Дж. Уотсоном и Ф. Криком, характеристика соотношения отдельных азотистых оснований ДНК в раз­личных организмах, данная советским биохимиком акаде­миком А. Н. Белозерским и его сотрудниками.

Большойвклад в развитие биохимии внесли В. Н. Орехо­вку С- С, Ледов. А. А. Покровский, А. С. Спирин, Ю. А. Овчин­ников, Д. Л. Фердман, Б. И. Збарский идр.

Современная биохимия — это обширная область знаний, дифференцируемая на целый ряд отраслей и направлений.

Статическая биохимия изучает химический состав живых организмов, то есть химическую природу и количественное содержание различных веществ и их комплексов в организме. Этот раздел тесно связан с биоорганической химией, устанавливающей связи между особенностями структуры орга­нических веществ и их биологическими свойствами.

Наиболее важной отраслью этой науки является динами­ческаябиохимия, которая исследует все процессы обмена веществ в здоровом организме. Она раскрывает механизмы превращения веществ от момента поступления их в организм до образования конечных продуктов. Динамическая биохи­мия изучает закономерности обмена, лежащие в основе жиз­ни, все изменения, происходящие в различных условиях су­ществования здорового и больного организма, и возможности влияния на них с помощью лекарственных препаратов и пи­щевых веществ.

Функциональнаябиохимия исследует химические процес­сы, лежащие в основе формирования и функциональной де­ятельности отдельных органов и систем, а также биохими­ческие основы изменения этих функций в соответствии с условиями среды.

Разделение биохимии на статическую, динамическую и функциональную относительно. В соответствии с особенно­стями объектов изучения живого мира общий курс диффе­ренцируется на биохимию животных (зоохимия), биохимию растений (фитохимия), биохимию микроорганизмов и ви­русов. Важное практическое значение имеет медицинская биохимия. Большую роль в производстве играет техническая биохимия, разрабатывающая технологические методы для пищевой, фармацевтической и некоторых других отраслей промышленности (текстильной, кожевенной и пр.). Особое внимание уделяется исследованиям в области биохимии сель­скохозяйственных животных, биохимии зерна и муки, ви­таминов, гормонов, мышц, бионеорганической химии, био­химической генетики, энзимологии, радиационной и космической биохимии и т. д. Одной из ведущих отраслей биохимии является молекулярная биохимия, изучающая на молекулярном уровне механизм основных проявлений жиз­ни (наследственность, изменчивость). Квантовая биохимия устанавливает связь между квантово-мёханическими пара­метрами и особенностями биоорганических соединений, уча­ствующих в передаче наследственных свойств, в патологи­ческих процессах и других проявлениях нормы и патологии.

Объектом исследования современной биохимии стали фундаментальные проблемы: строение макромолекул и их биосинтез, молекулярная организация клетки, механизмы ферментативной активности, молекулярные основы различ-1И.1Х физиологических процессов.

В свою очередь развитие таких дисциплин, как общая фи­тология, физиология питания, гигиена питания, товарове-ш-пис пищевых продуктов, технология производства продуктов питания в пищевой промышленности и предприятиях массового питания невозможно без знаний биохимии. Она кто связана с проблемой количества продовольственных ресурсов, так как объектами растениеводства, животноводства ммпяются живые организмы. Увеличение их производства воз­можно лишь на основе современных научных достижений био­химии в области генной инженерии, выявляющей пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур, продуктивности животных, борьбы с потерями, связанными с инфекциями, нерациональным питанием и т. д.

Студентам торговых и экономических вузов необходимо шурине курса биохимии как основы для рационального выбора ассортимента пищевых продуктов, обеспечивающего потребности разных групп населения в пластических и энергетических веществах, оптимальных способов технологической обработки пищевого сырья и условий его хранения.

глава1. БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ