15 :: 16 :: Содержание
ГЛАВА 2
НАПРАВЛЕНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОХИМИИ
Методологическая основа биохимии - диалектический материализм, позволяющий определить место биохимии в системе наук, разрабатывать методы научных исследований, обобщать и систематизировать фактический материал, оценивать результаты биохимических исследований, намечать их использование в народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и животноводстве.
При интерпретации фактов и явлений, установленных биохимическими методами, следует руководствоваться философскими положениями диалектического материализма о взаимосвязи и единстве единичного, особенного и общего, содержания и формы, структуры и функции, части и целого в целостном организме человека, животного и растения.
При изучении предмета биохимии и проведении биохимических исследований следует учитывать основные принципы диалектической методологии - познаваемость и объективность существования живой материи, детерминизм и развитие химического состава, реакций ассимиляции и диссимиляции в живом организме, единства теории и практики при использовании биохимических закономерностей.
Обмен веществ - основной признак живой материи
Основной чертой, отличающей живую материю от неживых тел, является обмен веществ, который состоит из двух взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов - анаболизма и катаболизма. Анаболизм - комплекс биохимических превращений веществ, которые
15
поступают в организм, в соединения, необходимые для его существования. Катаболизм - совокупность химических реакций распада сложных органических веществ в организме. Обмен веществ в животном и растительном организмах имеет различия. Так, растение строит составные части своего тела в процессе фотосинтеза в основном в результате использования солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных веществ, а человек и животные получают вещества растительного и животного происхождения в пищеварительном тракте.
В различных органах, тканях и клетках образуются вещества, необходимые для самосохранения и функционирования живого организма. В процессе жизни они распадаются и самообновляются. При распаде этих веществ возникают вредные для организма соединения, которые выводятся из него как конечные продукты обмена. Этот процесс и называется катаболизмом.
Биохимические методы используются для изучения закономерностей процессов анаболизма и катаболизма в живых организмах с тем, чтобы познать их и направленно влиять на эти процессы.
16
15 :: 16 :: Содержание
16 :: Содержание
Материал для биохимических исследований
Биохимические исследования проводятся на материале, полученном от человека, животных, растений, микробов и вирусов. Им могут быть продукты жизнедеятельности организма, органы, ткани, клетки и субклеточные структуры. Материал получают от живых и неживых организмов. Пробами могут быть содержание исходных и конечных веществ балансовых опытов, ангиостомии, различные биологические жидкости (кровь, лимфа, ликвор, пищеварительные соки, моча, химус, пот и др.), биопсийный материал (кусочки органов и тканей, удаленных хирургическим путем), продукты жизнедеятельности организма (молоко, шерсть, среда обитания микробов) и др. Пробы следует брать быстро, с соблюдением правил асептики и антисептики, этикетировать, после чего подвергать соответствующей обработке, предусмотренной биохимическим методом и обеспечивающей максимальное сохранение прижизненного химического состава.
16
16 :: Содержание
17 :: 18 :: 19 :: Содержание
Уровни изучения обмена веществ
Обмен веществ в живой материи можно изучать на различных уровнях, начиная от организма и кончая атомами (рис. 1, а).
Среди методов изучения на уровне целостного организма особое место занимает метод балансовых опытов, когда в организме животного рассматривается превращение веществ от корма и до конечных продуктов обмена, определяемых в выдыхаемом воздухе, моче, кале, поте. Отдельные стороны превращения веществ корма в организме можно изучить определением дыхательного коэффициента. Многие стороны обмена веществ в организме изучают, исследуя химический состав биологических жидкостей (например, по содержанию ионов Са2+ в сыворотке крови можно судить о состоянии обмена кальция в организме).
Материал для биохимических исследований, характеризующих обмен веществ на уровне отдельных органов, получают при постановке специальных опытов. К ним следует отнести метод ангиостомии. В кровеносные сосуды органа вставляют канюли, с помощью которых получают пробы артериальной и венозной крови. И. П. Павлов и его ученики разработали методы постановки фистул на большинстве органов пищеварения. Иногда материалом для исследования служат биологические жидкости (кровь, лимфа, ликвор, моча и др.), полученные от животных, у которых удален или подсажен орган (чаще всего - железы внутренней секреции).
Некоторые биохимические исследования проводят на тканевом уровне. Представляет интерес метод тканевых срезов, разработанный О. Варбургом. Из тканей, только что взятых от живого организма, готовят тонкие срезы, немедленно помещают их в растворы, содержащие определенные вещества. Через некоторое время в срезах и растворах изучают продукты метаболизма.
Инкубацию срезов проводят в замкнутой системе с манометром при температуре 37 °С. По методу переживающих тканей живую ткань помещают в среду, содержащую питательные вещества, и через различные промежутки времени изучают химический состав ткани и среды.
17
Рис. 1. Уровни и методы биохимического анализа: а - уровни использования биохимических методов (по Ротшу); б - классификация основных методов биохимического анализа
18
Все более широко применяют гистохимические методы, с помощью которых на препаратах микроскопически определяют тканевую локализацию и содержание отдельных веществ.
Материалом для биохимических исследований могут служить клетки. Наиболее объективные данные дают количественные цитохимические методы, с помощью которых в отдельных клетках препаратов (мазках или отпечатках) определяют количество различных химических веществ. Ценную информацию об обмене веществ можно получить методом авторадиографии. Подопытным животным вводят радиоактивные изотопы, которые включаются в реакции ассимиляции. Животных убивают, а из органов или тканей их готовят гистологические препараты и выявляют радиоактивный распад изотопов. Метод точен и позволяет определить в клетке до 50-60 атомов изотопа.
Информацию об обмене веществ на субклеточном уровне можно получить, изучая продукты фракционирования клеточных структур. Вначале из кусочков органа или тканей получают гомогенат. На ультрацентрифугах выделяют фракции и подфракции, содержащие различные субклеточные структуры, которые и служат материалом для биохимических исследований.
Методы электронной гисто- и цитохимии дают возможность при разрешении электронного микроскопа 1-0,1 нм выявлять в субклеточных структурах локализацию и количество отдельных химических веществ.
Комплексное использование методов позволило расшифровать
ультраструктуру клетки - основного объекта исследования живой материи.
19
17 :: 18 :: 19 :: Содержание