|
БИОХИМИЯ (биол. химия), изучает хим. состав и структуру в-в,
содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма,
а также энергетич. обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме.
Становление Б. как науки произошло на рубеже 19 и 20 вв.; термин "Б." предложен
в 1903 К. Нейбергом.
Истоки биохим. знаний обнаруживаются в трудах ученых античного периода.
Первые сведения о составе растит. и животных тканей начали появляться в
средние века, когда объектами хим. анализа становились лек. растения, органы
и ткани животных. Зарождение научных основ Б. началось во 2-й пол. 18 в.
благодаря применению хим. методов анализа в физиологии. Так, в 70-х гг.
было установлено, что О2 атмосферы потребляется животными и
выделяется растениями, доказано, что дыхание человека и животных с хим.
точки зрения представляет собой процесс окисления (A. JIaвуазье 1770).
В эти же годы выполнены исследования, приведшие к открытию фотосинтеза
(Дж. Пристли, 1772; Я. Ингехауз, 1779), а Л. Спалланцани было показано,
что процесс пищеварения можно рассматривать как сложную цепь хим. превращений.
К нач. 19 в. постепенно сформировались понятия о белках, жирах, углеводах,
орг. к-тах; из прир. источников (растительных и животных) был выделен ряд
орг. в-в: мочевина из мочи (Г. Руэль), глицерин, лимонная, яблочная, молочная
и мочевая к-ты (К. Шееле), аспарагин (Л. Воклен) глюкоза и др. В 1828 Ф.
Вёлер синтезировал мочевину из цианата аммония, показав тем самым несостоятельность
учения о жизненной силе (витализма). При исследовании брожения были получены
новые важные сведения о метаболизме в-в в живых организмах. Хим. ур-ние
спиртового брожения глюкозы предложено в 1815 Ж. Гей-Люссаком. В 1837 Й.
Берцелиус постулировал, что брожение - каталитич. процесс; Ю. Либих считал,
что дрожжи (их Л. Пастер относил к живым организмам), вызывающие брожение
представляют собой катализатор. В 1877 М. М. Манассеина в России установила,
что способностью сбраживать сахар обладают и убитые дрожжи. Для подобного
рода каталитич. агентов В. Кюне предложил название "энзим" (в пер. с греч.
- "закваска"). В 1897 братья Э. и П. Бухнеры получили бесклеточный экстракт
дрожжей (зимазу), вызывающий брожение. С последующего затем интенсивного
изучения св-в дрожжевых экстрактов берет начало совр. энзимология. К др.
важнейшим достижениям Б. 2-й пол. 19 в. относятся выделение гликогена из
печени и обнаружение его превращения в глюкозу, поступающую в кровь (К.
Бернар,-1850-55), открытие дезоксирибонуклеиновой к-ты (Ф. Мишер,_1869),
обнаружение специфичности ферментативного катализа (концепция "ключ-замок",
Э. Фишер, 1894), обоснование полипептидной теории строения белка (Ф. Гофмейстер,
Э. Фишер, 1902), разработка методов выделения и изучения митохондрий (Г.
Альтман, 1890), первое упоминание о витаминах (X. Эйкман, 1896). В эти
же годы сформулированы осн. положения учения о наследственности (Г. Мендель,
1866), предложена перекисная теория биол. окисления (А. Н. Бах, 1897),
открыт хемосинтез у микроорганизмов (С. Н. Виноградский, 1887), выяснена
природа пищеварит. ферментов (И. П. Павлов, 1902), осуществлено отделение
панкреатич. амилазы от трипсина (А.Я. Данилевский, 1862) 1-я пол. 20 в.
была периодом становления фундам. биохим. концепций. В энзимологии разработаны
теорегич. основы кинетики ферментативных р-ций (Л. Михаэлис, М. Ментен,
1913), впервые получены в кристаллич. виде ферменты уреаза, пепсин и трипсин
(Дж. Самнер, Дж. Нортроп, 20-30-е гг.), для изучения ферментсубстратных
комплексов стали использовать фотометрич. методы (Б. Чане, 40-е гг.). В
конце 20-х гг. были выделены из мышечных экстрактов АТФ и креатинфосфат,
открыта АТФ-азная активность миозина (В.А. Энгельгардт, М.Н. Любимова 1939),
в 40-е гг. Ф. Липманом разработаны представления о высокоэнергетич. фосфатах
и установлена центральная роль АТФ в биоэнергетике клетки. В области изучения
биол. окисления и метаболич. циклов был открыт "дыхательный фермент" цитохррмоксидаза
(О. Варбург 1912), сформулирована концепция дыхательного фосфорилирования
(В. А. Энгельгардт, 1931), проведено количеств, изучение окислит. фосфорилирования
в р-циях гликолиза (В. А. Белицер, 1937). Открыты р-ция трансаминирования
(А. Е. Браунштейн, 1938), циклы мочевины и трикарбоновых к-т (X. Кребс,
1933, 1937), были открыты флавопротеиды (1932), никотинамиднуклеотиды (О.
Варбург, У. Эйлер, 1936). Вслед за установлением структуры хлорофила (Р.
Вильштеттер, А. Штоль, 1913), значит. успех достигнут в выяснении механизма
фотосинтеза (М. Калвин, 1948). В 40-е гг.
Л. Лелуаром открыты осн. пути биосинтеза углеводов, А. Сент-Дьёрдьи
выделил аскорбиновую к-ту (20-30-е гг.). Открытие ДНК у растений (А. Н.
Белозерский, 1936) способствовало признанию биохим. единства растит. и
животного мира.
В эти годы созданы новые физ.-хим. методы анализа. Были заложены основы
хроматографич. методов (М. С. Цвет, 1906). В 20-х гг. Т. Сведберг предложил
использовать для седиментации белков ультрацентрифугу, вскоре этим методом
был выделен ряд вирусов. В 30-х гг. А. Тизелиусом заложены основы электрофореза,
в 1944 А. Мартином и др. создана распределит. хроматография, для определения
структуры прир. соед. впервые стал использоваться рентгеноструктурный анализ
(Д. Кроуфут-Ходжкин, 40-е гг.). Благодаря использованию физ.-хим. методов
в 50-х гг. достигнуты крупные успехи в изучении двух важнейших классов
биополимеров-белков и нуклеиновых к-т: Э. Чаргафф провел детальный хим.
анализ нуклеиновых к-т, открыта двойная спираль ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик,
1953), определена структура инсулина (Ф. Сенгер, 1953), одновременно осуществлен
синтез пептидных гормонов-окситоцина и вазопрессина (Дю Виньо, 1953), открыт
один из элементов пространственной структуры белков- спираль (Л. Полинг,
1951). В эти годы Р. Замечником открыты рибосомы, что послужило стимулом
для изучения механизма синтеза белка.
На основе классич. Б. в этот период возникли самостоят. науки - молекулярная
биология и биоорганическая химия. Научное направление, объединяющее
эти науки с биофизикой, получило название физ.-хим. биологии. Совр. период
в развитии Б. характеризуется новыми достижениями в изучении живой материи.
В области энзимологии исследованы сотни ферментных систем, во мн. случаях
установлен механизм их каталитич. действия. Новые концепции возникли в
области Б. гормонов, в частности в связи с ролью аденилатциклазной системы;
в области биоэнергетики, где было открыто участие в генерации энергии клеточных
мембран, в познании механизмов передачи нервного возбуждения и биохим.
основ высшей нервной деятельности и др. В настоящее время установлен в
общих чертах механизм передачи генетич. информации, реализующийся при репликации,
транскрипции и трансляции, разработаны методы получения и определения структуры
отдельных генов, по существу завершено составление "метаболич. карты",
т.е. путей превращения в-в в клетке, свидетельствующей о биохим. общности
живых организмов и непрерывности обмена в-в в биосфере.
Достижения Б. широко используются в медицине, с. х-ве (животноводстве,
растениеводстве), микробиологии, вирусологии, способствуют становлению
новых отраслей науки, напр. генетической инженерии и клеточной инженерии,
а также пром-сти, напр. биотехнологии. В совр. обществе высокий
уровень развития Б. - необходимое условие научно-технич. прогресса, неотъемлемый
элемент общей культуры, материального благосостояния и здоровья человека.
===
Исп. литература для статьи «БИОХИМИЯ»: Бpayиштейн А. Е., Некоторые черты химической интеграции
процессов азотистого обмена, М., 1958; Малер Г., Кордес Ю., Основы биологической
химии, пер. с англ., М., 1970; Мецлер Д., Биохимия, пер. с англ., т. 1-3,
М., 1980; Уайт А. [и др.]. Основы биохимии, пер. с англ., М., 1981; Страйер
Л.. Биохимия, пер. с англ., т. 1-3, М., 1984—85; Ленинджер А., Основы химии,
пер. с англ., т. 1-3, М., 1985. Ю. А. Овчинников.
Страница «БИОХИМИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
|
