Тема: Вступ. Хімічні особливості живого. Вода і її властивості в живих системах

План

1. Біохімія як наука і навчальний предмет

2. Історія розвитку біохімії

3. Хімічні особливості живого

Біологічна хімія - це наука, яка вивчає хімічний склад, будову та перетворення речовин в живих організмах.

Живі істоти відрізняються від неживого за комплексом ознак:, до яких можна віднести здатність до розмноження, ріст, рух, подразливість, постійний обмін речовиною і енергією із зовнішнім середовищем. Біохімія вивчає живе на молекулярному рівні і може розглядатись як складова широкого фізико-хімічного напряму в біології, що використовує ідеї, методи і підходи хімії, фізики і математики для пояснення механізмів життєдіяльності. Плідність молекулярного підходу проявила себе у всіх галузях біології. Фізико-хімічні поняття і категорії є базовими в клітинній біології, імунології, мікробіології, фізіології, генетиці, екології. Великі успіхи, досягнуті у з’ясуванні фізико-хімічних основ життя, створюють враження, що життя може бути повністю пояснене на підставі властивостей складових частин, молекулярних процесів. Ця позиція має свою назву - "нічого крім" (nothing but ness). Сучасною біохімією навіть припускається, що «розум» і «особистість» - це вираз особливої хімічної структури і метаболізму мозку, тобто форми поведінки можна описати мовою хімії. Проте, не зважаючи на ефективність молекулярного підходу, він не є універсальним і не в стані осягнути всього багатства проявів і сутності життя, пояснити, чому на Землі з'явились саме ці організми, які нас оточують, чим визначається їх поведінка і стосунки.

Принципи біохімічних процесів плідно застосовуються в промисловості, зокрема в біотехнології, для створення технологій високо ефективних і екологічно сумісних виробництв.

Сучасна людина повинна володіти основами біохімічних знань для вироблення принципів раціонального способу життя - харчування, поводження серед величезної кількості чужорідних хімічних речовин, що оточують - препаратів побутової хімії, косметичних засобів, консервантів, ліків, забруднювачів середовища.

2. Історія розвитку біохімії

В розвитку біохімії можна виділити чотири періоди.

І. Передісторія (з давніх часів до ХV ст.) - накопичення практичного досвіду (технології хімічної обробки речовин біологічного походження, вивчення їх хімічних властивостей) та формування наукових понять здійснювались відокремлено.

П. Період бурхливого накопичення фактів і спроби застосування наукових надбань до вивчення живого (XV - початок XIX ст.). Досліджується елементний і речовинний склад живого. Перші складні вуглецеві речовини були відкриті як продукти життєдіяльності - карбонові кислоти, гліцерин, крохмаль, глікоген, амінокислоти, нуклеїнові кислоти (дослідження К. Шеєле, К. Бернара, К. С. Кірхгофа, М. Шевреля. А. Браконно, Ф. Мішера). Таким чином, було показано, що живі організми складаються з хімічних сполук, для яких справджуються спільні хімічні закони.

Ш. Період становлення і розвитку (друга половина ХІХ - перша половина ХХ ст.). Біохімія виділилась у самостійну науку. У 1903 р. К. Нейберг ввів термін «біохімія». Вивчається структура біомолекул: білків (Е. Фішер, О. Я. Данилевський*), нуклеїнових кислот (А. Коссель, Альтман, О. М. Білозерський), вуглеводів (Е. Фішер), ліпідів, вітамінів (О. В. Палладін). Створено основні положення ферментативного каталізу (Е. Фішер, Е. Бухнер), теорії біологічного окиснення (О. М. Бах*, В. І. Палладін*), з’ясовано роль макроергічних сполук, зокрема АТФ в обміні речовин, м’язовому скороченні (В. О. Енгельгардт, А. Сент-Дьордьї, В. О. Беліцер) відкриті основні проміжні продукти та шляхи обміну речовин (Г. Кребс, М. В. Ненцький*, І. І. Горбачевський*, Я. О. Парнас*, О. Є. Браунштейн).¹

ІУ. Сучасний період (з 40-х років до наших днів) характеризується активною інтеграцією точних наук та їх методів для пояснення молекулярних механізмів біологічних функцій. Здійснено видатні відкриття, що дало підставу назвати П-у половину ХХ ст. “золотим віком біології”. З’ясовано просторову структуру білків (Ф. Сенгер*, Л. Полінг*, М. Корі*, Дж. Кендрю*, М. Перутц*, Ю. О. Овчінніков) і нуклеїнових кислот (Дж. Уотсон*, Ф. Крік*, Ф. Сенгер*, Р. Холлі*, О. О. Баєв), механізм функціонування ферментів, дії вітамінів і гормонів (В. Сазерленд*), біосинтезу білків та його регуляції (М. Ніренберг*, Х. Г. Корана*, Ф. Жакоб* і Ж. Моно*, А. Корнберг*, С. Очоа*, В. Темін*), створено теорію біологічної трансформації енергії (П. Мітчел*, В. П. Скулачев).² Активно вивчається біохімія імунної системи, нервової діяльності, диференціації клітин, роль структурної організації клітини в біохімічних процесах.

Біохімічне дослідження включає такі етапи та методичні прийоми: 1. Механічне подрібнення біологічного матеріалу - гомогенізацію і фракціонування, наприклад, за допомогою центрифугування; 2. Розділення молекул за їх фізико-хімічними характеристиками – молекулярною масою, розчинністю, зарядом (ультрацентрифугування, хроматографія, електрофорез); 3. Вивчення складу і будови окремих молекул (гідроліз та виявлення продуктів гідролізату), їх просторової структури, ферментативної активності оптичними (спектрофотометрія), електрохімічними (потенціометричне титрування), радіоспектроскопічними (ЕПР, ЯМР) методами, рентгеноструктурним аналізом (метод дифракції рентгенівських променів). При вивченні обміну речовин застосовується метод мічених атомів. В біохімічному експерименті дуже важливе дотримання оптимальних умов (рН, температура, осмотичний тиск).