загрузка...
 
ВВЕДЕНИЕ
Повернутись до змісту

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая химия (биохимия) — это наука о тех химических и физико-химических процессах, которые протекают в живом организме и лежат в основе буквально всех проявлений жизнедеятельности.


История становления и развития биологической химии охватывает более полутора веков. Возникла она на стыке органической химии и физиологии. Органическая химия как наука о химическом строении и свойствах молекул, образующихся в живых организмах, довольно скоро стала развиваться преимущественно как химия соединений углерода, уделяя основное внимание синтезу, изучению свойств и систематизации все новых веществ, особенно таких, которые представляли интерес для промышленного производства. Те направления органической химии, в рамках которых продолжалось выяснение строения молекул живой природы, постепенно дополнялись изучением вообще химического состава живых объектов, исследованием путей превращения различных веществ и их роли в процессах жизнедеятельности, особенно у человека. Все это и составило предмет новой науки, которая поначалу обозначалась как «физиологическая химия» либо «медицинская химия». Лишь в первые десятилетия XX века утвердилось современное название - «биологическая химия» - как результат осознания того, что химизм всех объектов живой природы в основе своей удивительно единообразен.

На начальном этапе становления биохимии усилия исследователей были сосредоточены в основном на выделении, расшифровке строения и изучении свойств различных веществ, входящих в состав живых организмов. Эта задача почти полностью решена, в основном к середине XX века. Попутно исследователей занимала и другая проблема - выяснение количественного содержания тех или иных веществ в живых объектах и их выделениях. Она также в значительной мере решена, но - на «макроуровне», в том числе на уровне органов и тканей в норме и при патологии. Однако количественная оценка концентраций различных метаболитов в клетке того или иного типа (тем более - в субклеточных структурах) до сих пор остается в большинстве случаев очень трудной задачей. Особенно это относится к «минорным» компонентам клетки, в том числе имеющим белково-пептидную природу. Важность этой задачи велика, ибо, как известно из общей химии, направление реакции, характер взаимодействия различных молекул и сама его возможность зависят прежде всего от концентраций взаимодействующих веществ.

С начала XX века биохимия постепенно переходит на качественно новый этап развития

изучение последовательностей превращения различных веществ в организме, т.е. исследование процессов метаболизма. Это стало возможным на основе достижений предыдущего этапа («статической биохимии») и использования возможностей параллельно развивавшихся наук, прежде всего органической химии. Этот этап («динамическая биохимия»), сильно задержанный II мировой войной, привел к выяснению химизма основных путей распада (катаболизма) углеводов, липидов, белков. Особенно важные успехи были достигнуты


в 20-30-е годы, когда удалюсь выяснить главные пути катаболизма глюкозы, процесс (3-окисления жирных кислот, последовательность реакций в дыхательной цепи (митохондриальное окисление), реакции цикла трикарбо- новых кислот и образования мочевины. Гораздо позже обозначились первые успехи в изучении химизма биосинтетических процессов, т.е. реакций анаболизма. Постепенно стало ясным, что некоторые метаболические пути легко обратимы и могут функционировать как в направлении распада определенных веществ, так и в направлении биосинтеза. Такие пути стали называть амфиболическими.

По мере продвижения в изучении путей метаболизма стали предприниматься попытки выяснить, каким образом биохимические процессы обеспечивают ту или иную физиологическую функцию. Это направление принято обозначать термином «функциональная биохимия». Путь этот оказался очень трудным, тернистым. Несмотря на ряд серьезных достижений, задача выяснения молекулярных основ той или иной физиологической функции до сих пор остается одной из центральных проблем биохимии.

С завершением изучения химизма важнейших метаболических превращений в организме все большее внимание исследователей стали привлекать вопросы их регулирования на молекулярном уровне. Прежде всего - вопросы о том, как осуществляется согласование процессов распада тех или иных веществ и их биосинтеза в тех же клетках; как обеспечивается контроль за соответствием интенсивности метаболических процессов реальным потребностям клетки в разных функциональных состояниях. Первые серьезные успехи в изучении механизмов регуляции были достигнуты при изучении ферментов. Оказалось, что многие из них чувствительны к воздействию эндогенных регуляторов, - таких как гормоны, нейромедиаторы, другие биологически активные молекулы. Накопление конкретных фактов привело к принципиально важному обобщению, значение которого трудно переоценить. Оно заключается в осознании того, что молекулы многих ферментов способны не только выполнять свою функцию (катализировать соответствующую химическую реакцию), но и регулировать интенсивность выполнения этой функции в зависимости от достигаемых результатов. Так возникло понятие о саморегуляции ферментативных процессов, сложившееся примерно к началу 70-х годов. Довольно скоро стало ясным, что не только ферменты, но и многие другие белки обладают свойством саморегуляции. Выявление контролирующих (ключевых) звеньев метаболизма и конкретных механизмов их саморегуляции стало одним из важнейших направлений современной биохимии. Продвижение в этой области имеет не только познавательное значение. Оно открывает возможности целенаправленного синтеза новых лекарственных средств с заранее запланированным механизмом действия. На этом пути уже есть яркие достижения, используемые в практической медицине. Например, обратимые ингибиторы ан- гиотензинпревращающего фермента, широко применяемые при лечении гипертонической болезни.

Начало современному этапу исключительно бурного развития биохимической науки положило открытие двойной спирали ДНК (Д. Уотсон, Ф. Крик, 1953 г.). Это достижение не только выявило принцип построения молекул, являющихся материальным носителем наследственности. Оно стало еще и мощным стимулом к разработке новых методических приемов, к развитию лабораторной техники, основанной на регистрации ряда физических и физико-химических параметров сложных биологических объектов, в том числе громадных молекул белков и нуклеиновых кислот. В результате в короткие сроки было доказано, что наследственность есть передача потомкам способности синтезировать определенный набор строго специфичных белков. Был расшифрован генетический код; разработаны эффективные методы анализа структуры индивидуальных белков; выяснены молекулярные механизмы биосинтеза белковых молекул; успешно развиваются исследования механизмов регуляции биосинтеза белка, лежащие в основе, в частности, клеточной дифференцировки. Все это составляет важную часть нового направления - оно обозначается термином «молекулярная биология». Формально это - синоним термина «биологическая химия», поскольку изучением строения и свойств молекул занимается именно химия. Фактически же это - довольно самостоятельная область исследований, в рамках которой разработаны своеобразные методические приемы, позволяющие, в частности, выявлять и идентифицировать минорные белковые компоненты, изучать их роль в функционировании клетки и организма в целом.

В последние десятилетия стало очевидным. что задачи биохимии не могут быть сведены к изучению только химических процессов, т.е. реакций разрыва ковалентных связей или возникновения новых. Оказалось, что гораздо более важными, буквально универсальными являются физико-химические взаимодействия, реализующиеся в виде так называемых слабых типов связей (например, ионных связей - взаимном притяжении противоположно заряженных атомов или групп атомов). Любая химическая реакция, протекающая с участием фермента, осуществляется путем серии последовательных событий физико-химического уровня* приводящих в конечном счете к ковалентным преобразованиям. Более того, пространственная организация макромолекул (прежде всего, белковых) обеспечивается в основном именно слабыми физико-химическими взаимодействиями между разными участками такой молекулы. Обратимые изменения этой организации в ходе функционирования такой макромолекулы, включая ее взаимодействие с другими молекулами или надмолекулярными структурами, тоже в основе своей имеют физико-химическую природу. Появились даже специальные направления в науке — «физико-химическая биохимия», «физическая биохимия». Все это делает необходимым обозначать теперь биохимию как науку не только О химических, но и о физико-химических процессах в живом организме.

Современная биохимия - это целый комплекс более или менее самостоятельных направлений. Помимо упомянутой молекулярной биологии, можно назвать медицинскую биохимию, иммунохимию, биохимическую фармакологию, молекулярную генетику, биотехнологию, молекулярные основы конструирования новых лекарственных веществ и т.д. Четкие границы между ними вряд ли можно обозначить — настолько все они тесно взаимосвязаны, взаимно переплетены. В сущности, их можно рассматривать как специализированные разделы общей биохимии, главнейшие закономерности каковой являются универсальными. Неудивительно, что среди всех медико-биологических наук биохимия идет впереди, причем, с большим отрывом. Это видно и по темпам развития, и по числу научных журналов (и публикаций в целом), и по весомости достижений, их значимости для построения фундаментальных основ практической медицины.

Далеко не на все вопросы, интересующие врача, может ответить современная биохимия. Но уже на довольно многие вопросы она способна дать однозначный ответ, тем самым сужая поле для некорректных, ошибочных трактовок и представлений. Одной из важнейших целей преподавания (и изучения) биохимии является формирование иммунитета к произвольным суждениям, псевдонаучным гипотезам, еще бытующим в такой чрезвычайно сложной и ответственной сфере деятельности, как медицина.




загрузка...