биохимия

БИОХИМИЯ (биологическая химия)

изучает хим. состав и структуру веществ, 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 O₂ 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. кислотах; из прир. источников (растительных и животных) был выделен ряд орг. веществ: мочевина из мочи (Г. Руэль), глицерин, лимонная, яблочная, молочная и мочевая кислоты (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 веществ в живых организмах. Хим. уравнение 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 свойств 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 кислоты (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 (Х. 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 реакций (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 реакциях гликолиза (В. А. Белицер, 1937). Открыты реакция трансаминирования (А. Е. Браунштейн, 1938), циклы мочевины и трикарбоновых кислот (Х. 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 кислоту (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 кислот: Э. Чаргафф провел детальный хим. анализ нуклеиновых кислот, 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 веществ в клетке, свидетельствующей о биохим. общности живых организмов и непрерывности обмена веществ в биосфере.

Достижения Б. широко используются в медицине, сельском хозяйстве (животноводстве, растениеводстве), микробиологии, вирусологии, способствуют становлению новых отраслей науки, напр. генетической инженерии и клеточной инженерии, а также промышленности, напр. биотехнологии. В совр. обществе высокий уровень развития Б. — необходимое условие научно-технич. прогресса, неотъемлемый элемент общей культуры, материального благосостояния и здоровья человека.

^{Лит.: 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}