Хоча існує широкий ряд різних біомолекул, багато хто з них є полімерами, тобто складними великими молекулами, що складаються з багатьох подібних субодиниць, мономерів. Кожен клас полімерних біомолекул власний набір типів цих субодиниць. Наприклад, білки є полімери, що складаються з амінокислот. Біохімія вивчає хімічні властивості важливих біологічних молекул, таких як білки, зокрема хімію реакцій, що каталізуються ферментами.
Крім того, велика частина досліджень з біохімії має справу з метаболізмом клітини і його ендокринної та паракрінноі регуляцією. Інші області біохімії включають дослідження генетичного коду ДНК і РНК, біосинтез білків, транспорту через біологічні мембрани і передачу сигналів.
Основи біохімії були закладені в середині 19-го століття, коли такі вчені як Фрідріх Вьолер і Ансельм Паен зуміли вперше описати хімічні процеси в живих організмах і показати, що вони не відрізняються від звичайних хімічних процесів. Багато роботи на початку 20-го століття привели до розуміння структури білків, проведення біохімічних реакцій (спиртового бродіння) за межами клітини і т. Д. У той же час почав застосовуватися і сам термін «біохімія». Основи біохімії в Україні заклав Володимир Іванович Вернадський у 1920-х роках.
Історія
До початку 19 століття існувала загальна впевненість, що життя не підлягає фізичним і хімічним законам, притаманним неживій природі. Вважалося, що тільки живі організми здатні виробляти молекули, характерні для них. Лише в 1828 році Фрідріх Велер опублікував роботу про синтез сечовини, здійснений в лабораторних умовах, довівши, що органічні сполуки можуть бути створені штучно. Це відкриття завдало серйозної поразки вченим-віталістів, які заперечували таку можливість.
На той час уже існував фактичний матеріал для первинних біохімічних узагальнень, який накопичувався в зв`язку з практичною діяльністю людей, спрямованої на виготовлення їжі і вина, отримання пряжі з рослин, очищення шкіри від шерсті за допомогою мікробів, на вивчення складу і властивостей сечі і інших виділень здорової і хворої людини. Після робіт Вьолера поступово почали встановлюватися такі наукові поняття, як дихання, бродіння, ферментація, фотосинтез. Вивчення хімічного складу і властивостей сполук, виділених з тварин і рослин, стає предметом органічної хімії (хімії органічних сполук).
Початок біохімії також ознаменувався відкриттям першого ферменту, діастаза (зараз відомого як амілаза) в 1833 році Ансельмом Паеном. Труднощі, пов`язані з отриманням ферментів з тканин і клітин, використовувалися прихильниками віталізму для твердження про неможливість вивчення клітинних ферментів поза живими істотами. Це твердження було спростовано російським лікарем М. Манассеин (1871 - 1872), яка запропонувала можливість спостерігати спиртове бродіння в екстрактах розтертих (тобто позбавлених структурної цілісності) дріжджів. У 1896 році ця можливість була підтверджена німецьким вченим Едуардом Бухнер, зумів експериментально спостерігати цей процес.
Сам термін «біохімія» був вперше запропонований в 1882 році, проте, вважається, широкого використання він придбав після робіт німецького хіміка Карла Нойберг в 1903 році. На той час ця область досліджень була відома як фізіологічна хімія. Після цього часу біохімія швидко розвивалася, особливо починаючи з середини 20 століття, перш за все завдяки розробці нових методів, таких як хроматографія, рентгеноструктурний аналіз, ЯМР-спектроскопія, радіоізотопне мічення, електронна і оптична мікроскопія і, нарешті, молекулярна динаміка і інші методи обчислювальної біології . Ці методи дозволили відкриття і детальний аналіз багатьох молекул і метаболічних шляхів клітини, таких як гліколіз і цикл Кребса.
Іншим важливим історичною подією в розвитку біохімії стало відкриття генів і їх роль в передачі інформації в клітині. Це відкриття заклало можливість можливість виникнення на тільки генетики, але і її междісціплінар галузі з біохімією, молекулярної біології. У 1950-х роках Джеймс Ватсон, Френсіс Крік, Розалінд Франклін і Моріс Уілкінс зуміли розшифрувати структуру ДНК і запропонували її зв`язок з генетичною передачею інформації в клітині. Також в 1950-х роках Джордж відлий і Едвард Татум довели, що один ген відповідає за синтез одного білка. З розробкою методів аналізу ДНК, таких як генетичний фінгерпрінтінг, в 1988 році Колін Пітчфорк став першою людиною, яку звинуватили у вбивстві за допомогою свідоцтва на основі ДНК, що стало першим великим успіхом біохімічної судмедекспертизи. У 200-х роках Андрю Файр і Крег Мелло показали роль РНК-інтерференції (RNAi), в придушенні експресії генів.
Зараз, напрямок біохімічних досліджень протікають в трьох напрямках, сформульованих Майклом Шугар. Біохімія рослин досліджує біохімію переважно автотрофніорганізмів і досліджує такі процеси як фотосинтез і інші. Загальна біохімія включає дослідження як рослин, так і тварин і людини, тоді як медична біохімія фокусується переважно на біохімії людини і відхиленнях біохімічних процесів від норми, зокрема в результаті хвороб.
Предмет вивчення
Біохімія вивчає структури і функції клітинних компонентів: білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот та інших біомолекул. Крім того, біохімія розглядає розкладання органічних речовин, що пов`язано з виникненням ґрунтів, мулу, осадових гірських порід, покладів вугілля, нафти і горючих газів.
Біоорганічна хімія - міждосціплінарна галузь, пов`язана як з хімією, так і з біологією, яка займається синтезом і вивченням будови і біологічної функції найважливіших компонентів живої матерії, перш біополімерів і низькомолекулярних біорегуляторів, приділяючи головну увагу з`ясуванню закономірностей взаємозв`язку між структурою і біологічною дією.
На базі її фундаментальних досліджень створюються технології одержання практично важливих препаратів для медицини, сільського господарства, різних галузей промисловості.
напрями
Відповідно до завдань дослідження з біохімії, розрізняють кілька напрямів, зокрема статичну, динамічну і функціональну біохімію. Статична біохімія вивчає: складові хімічні частини організмів, їх розподіл, фізико-хімічні та біологічні властивості. Динамічна біохімія вивчає шляхи перетворення певних сполук в організмах (окислення, відновлення, гидролитическое і фосфоролітічне розщеплення, етерифікації, синтез складних з`єднань з більш простих і т.п.). Функціональна біохімія вивчає біохімічні процеси, що лежать в основі проявів життєдіяльності організмів і окремих органів (харчування, асиміляцію та дисиміляцію, дихання, бродіння, зростання, розмноження, спадковість, подразливість, рухливість тошо), а також зміни цих процесів під впливом різних зовнішніх умов і внутрішніх факторів, пов`язаних з видовою приналежністю, віком і статтю організмів. Згідно об`єктів дослідження розрізняють біохімію людини, тварин, рослин (фітобіохімія) і мікроорганізмів (всіх доменів життя).
Сучасна біохімія приділяє особливу увагу вивченню білків, є матеріальною основою життя (ферментів, гормонів, антитіл та інших), вивчення обміну азотистих сполук, вуглеводів, жирів і ліпідів, вітамінів, мінеральних речовин (зокрема, мікроелементів) - дослідження впливу на процеси обміну деяких речовин, що стимулюють зростання, антибіотиків і т.п. Детально вивчаються біохімічні особливості нервової тканини, м`язів, печінки та інших органів і Сіат організму. Узагальнення біохімії допомагають висвітлити еволюції органічного світу і питання про виникнення життя на Землі. Досягнення біохімії використовуються в медицині (клінічна біохімія), сільському господарстві (зоотехнічне біохімія і агробіохімія) і в харчовій і хіміко-фармацевтичної промисловості (технічна біохімія).
Згідно формальної класифікації ВАК України, основні напрямки досліджень включають [4]:
Амінокислоти, пептиди і білки (методи виділення і синтезу, дослідження будови, властивостей-синтез пептидів, вивчення зв`язку їх будови з функцією).
Нуклеїнові кислоти (виділення, дослідження будови, синтез і вивчення хімічних властивостей природних і модифікованих генів, нуклеозидів, нуклеотидів, полінуклеотидів та їх аналогів).
Ліпіди (виділення, дослідження будови, синтез).
Вуглеводи і їх похідні. Змішані біополімери (виділення, дослідження будови, хімічних властивостей, синтез).
Стероїдні гормони (виділення, хімія стероїдів, їх хімічна трансформація, синтез, вивчення механізмів дії), вітаміни, коферменти.
Хімічні дослідження природної сировини (рослинного і мікробіологічної) для розробки біологічно активних речовин.
Нові лікарські препарати (пошук, синтез і вивчення нових ефективних лікарських препаратів, розробку методів виділення і хімічної трансформації).
Хімічні препарати для хімізації сільського господарства (пестициди, інсектициди, гербіциди, акарициди, фунгіциди та інші препарати для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин-регулятори життєдіяльності комах природні феромони, атрактанти, репеленти та інші-синтетичні регулятори росту рослин-дефоліанти, десиканти та ін .. регулятори окремих функцій рослин, нові ефективні препарати для підвищення продуктивності тваринництва).
Природні і синтетичні низькомолекулярні біорегулятори та їх аналоги.
методи
У сучасній біохімії застосовуються численні методи дослідження. Зокрема, успішно використовуються сполуки, мічені радіоактивними і важкими природними ізотопами, різноманітні методи хроматографії, зокрема на папері та інших адсорбентах, з використанням електрофорезу і іонообмінних смол. Застосовуються також біологічні методи. Їх використання дозволяє визначити наявність і кількість певних з`єднань на основі проявів життєдіяльності багатоклітинних тварин і мікроорганізмів, коли цього не можна визначити хімічним способом. За допомогою ультрацентрифуг, що роблять 50 - 70 тис. Обертів на хвилину, зараз розділяють і відокремлюють фракції білків, нуклеїнових кислот та інших складових частин тканин і організмів.
Поділися в соц. мережах:
Біомеханіка
Агрохімія
Генетика
Ямр-спектроскопія білків