2. Макромолекулы в живых организмах

В живых организмах широко представлены четыре типа соединений – полимеров, образующих макромолекулы, состоящие из повторяющихся единиц – мономеров. Это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Макромолекулы составляют около 90% сухого вещества клеток живых организмов.

Некоторые характеристики макромолекул белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов представлены в таблице.

Характеристика биополимеров

Полимеры	Основные параметры
	Мономеры	Средняя молекулярная масса, Да	Структура молекул	Тип связи
Белки	Аминокислоты	104…106	Неразветвленная цепь глобулярной или фибриллярной формы	Пептидная
Нуклеиновые кислоты	Нуклеотиды	104…1010	Неразветвленная цепь, имеющая форму спирали	Сложно-эфирная
Полисахариды	Моносахариды	104…106	Разветвленные или неразветвленные структуры нитевидной или шаровидной формы	Простая эфирная

Липиды не образуют полимеров, таких как полимеры белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. В природных условиях липиды способны образовывать крупные ассоциаты.

Исходя из этих рассуждений, мы можем теперь сформулировать ряд принципов молекулярной логики живого:

Структура биологических макромолекул проста в своей основе.

Все живые организмы состоят из одних и тех же молекул, используемых как строительные блоки.

Идентичность организмов каждого вида сохраняется благодаря наличию свойственного только ему набора нуклеиновых кислот и белков.

Все биомолекулы выполняют в клетках специфические функции.

3. Разделы биохимии

Биохимию разделяют на:

3.1 Статическую, изучающую химический состав живой материи;

3.2 Динамическую, изучающую процессы обмена веществ в организме;

3.3 Функциональную, изучающую процессы, лежащие в основе определенных проявлений жизнедеятельности.

Первая часть обычно именуется органической химией и излагается в специальном курсе, вторая и третья части являются собственно биохимией.

Различают биохимию:

• растений;

• животных;

• биохимию микроорганизмов;

• биохимию человека (медицинская биохимия).

Выделением веществ в чистом виде и определением их строения занимается химия природных соединений.

Биохимия растений изучает состав и превращение веществ в растениях и растительном сырье. Существуют также отраслевые биохимии: биохимия масличных растений и масличного сырья, биохимия молока, зерна, мяса, хлебных продуктов и т.д.

В отдельную отрасль вылилась ферментология – крупный раздел, изучающий свойства биологически активных веществ – ферментов.

4. История развития биохимии

Биохимия растений в России зародилась в 1814 году, когда академик К. С. Кирхгоф в Петербурге описал гидролиз крахмала под действием солодового экстракта, полученного из ячменя.

. Андрей Сергеевич Фаминцын (1838-1918) создал крупный труд «Обмен веществ и превращение энергии в растениях». А.М. Бутлеров способствовал его опубликованию. Выдающимися учениками Фамицына А.С. была профессор Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) и Иван Парфеньевич Бородин (1847-1930). Ивановский Д.И. открыл фильтрующиеся вирусы. И.П. Бородин работал в области дыхания растений и участия белков в этом процессе.

Академик Алексей Николаевич Бах в 1921 году организует в Москве исследовательский институт здравоохранения (впоследствии НИИбиохимии) и очень много работал в области ферментологии. Он создал отрасль технической биохимии. Академики Владимир Иванович Палладин и Сергей Павлович Костычев исследовали дыхание и брожение.

Климент Аркадьевич Тимирязев прославился классическими исследованиями в области изучения процесса усвоения углекислого газа зелеными растениями на свету (фотосинтез) и работами в области физики и химии хлорофилла. Академик Дмитрий Николаевич Прянишников изучал превращения азота в почве и в растениях. Сергей Павлович Костычев и Владимир Степанович Буткевич организовали микробиологическое получение лимонной кислоты. А.Л. Курсанов создал в России производство чая, основанное на знании биохимических превращений, происходящих в чайном листе. Академик Александр Иванович Опарин организовал школу биохимиков в области превращения растительного сырья. Он первый создал рационально обоснованное виноделие. Научное обоснование хлебопечению дал Вацлав Леонович Кретович, ферментации табака – Александр Иванович Смирнов. Витамины были открыты Николаем Ивановичем Луниным в 1881 году. В Ленинграде Н.Н. Иванов изучал биохимию культурных растений, там же в области биохимии растительного сырья работал М.И. Княгиничев. В.В. Виноградский изучал обмен веществ у микроорганизмов. М.В. Ненцкий – один из основоположников отечественной биохимии, занимался превращением веществ в зеленых растениях. Михаил Семенович Цвет (1872-1919) разделил пигмент хлорофилл на отдельные компоненты.

Значительный вклад в развитие биохимии внесли и зарубежные ученые.

В 1828 году Ф. Велер впервые синтезировал органическое вещество – мочевину из неорганических соединений. Во второй половине XIX века была определена структура аминокислот, углеводов и жиров и установлена природа пептидной связи в белках. Исследованиями Ю. Либиха, Л. Пастера, Э. Бухнера были получены первые сведения о химических превращениях белков, жиров и углеводов в живых организмах, также было положено начало изучению химизма брожения.

В результате работ О. Варбурга, Г. Эмдена, О. Мейергофа и Х. Кребса были установлены механизмы основных этапов процессов брожения и биологического окисления – был описан цикл Кребса. Д. Самнер в 1926 году экспериментально доказал белковую природу ферментов.

В 1943 году Ф. Липман открыл кофермент А и выявил его важную роль в синтезе жиров. А. Ленинджер в 1949 году показал, что окислительное фосфорилирование, обеспечивающее живые организмы энергией, идет в митохондриях. В 1953 году Д. Уотсон и Ф. Крик доказали, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) состоит из двух нитей, а К. Ниренберг в 1963 году расшифровал первый генетический код ДНК и показал взаимосвязь между структурой ДНК организма и составом слагающих этот организм белков.