Использование изотопов в биохимии

Очень большую роль сыграло введение в биохимическую практику изотопов в 1930-х гг. Ранее было очень трудно пометить биомолекулы, чтобы затем следить за их превращениями в ходе метаболизма. В пионерских исследованиях, прежде всего Шонхеймера и его коллег, для решения многих биохимических задач использовались стабильные изотопы (²D, ¹⁵N), за судьбой которых далее следили с помощью масс-спектрометрии. Например, синтезировали определенные аминокислоты, сахара и жирные кислоты, в состав которых вводили стабильные изотопы, а затем добавляли эти соединения в пищу животным или к препаратам in vitro, чтобы можно было следить за их метаболизмом (определять время полужизни, превращение в другие биомолекулы и т. д.). Именно таким способом были выяснены многие аспекты метаболизма белков, углеводов и липидов. Стало ясно, что метаболизм — очень активный процесс: большая часть соединений в клетке постоянно синтезируется и распадается, хотя скорости этих процессов могут сильно различаться. Суммирование всех этих результатов позволило Шонхеймеру сформулировать представление о “динамической природе метаболизма”.

Очень важное значение имело последующее использование радиоактивных изотопов и приборов, позволяющих определять их количество. Стабильные и радиоактивные изотопы, широко используемые при работе с биологическими системами, перечислены в табл. 2.8. Их применение сыграло решающую роль в развитии ряда областей биохимии. Многие исследования простых и сложных биомолекул in vivo и in vitro в значительной мере опираются именно на использование изотопов. Тот прогресс, который был достигнут в последнее время в секвенировании нуклеиновых кислот и в развитии радиоиммунных методов для измерения очень малых количеств соединений в биологических системах, также был обусловлен в значительной степени применением изотопов.

Таблица 2.8. Изотопы, наиболее широко используемые в биохимических исследованиях

Стабильные изотопы	Радиоактивные изотопы
2D 15n 18O	3Н 14С 32P 35S 35Са 125I 131I

Основные достижения биохимии

Суммируем основные достижения в области биохимии, в особенности в биохимии человека.

• Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения, присутствующие в этих системах, и установлена их структура.

• Выяснены — по крайней мере в общих чертах — функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее важных сложных биомолекул. Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК—это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от нее одному из видов РНК (информационной РНК), которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации, исходно заключенной в ДНК, удобно представить в виде схемы ДНК-> РНК-> Белок.

• Выделены главные органеллы животных клеток. установлены их основные функции.

• Показано, что почти все реакции, протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия.

• Прослежены метаболические пути синтеза и распада главных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличаются от путей его распада.

• Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма.

• В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию.

• Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды.

• Накоплено значительное количество данных о механизме действия главных гормонов.

• Установлены биохимические основы значительного числа заболеваний.