Органічні речовини

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1.Які елементи входять до складу живих організмів?

2.Які елементи є органогенними?

3.Яку роль відіграють у живих організмах мінеральні елементи?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Хімічний склад живих організмів, речовини, які входять до їхнього складу, та хімічні процеси, які відбуваються в організмах, вивчає наука біохімія.

До початку XIX століття існувала загальна впевненість, що життя не підлягає фізичним і хімічним законам, притаманним неживій природі. Вважалося, що лише живі організми здатні виробляти молекули, характерні для них. Лише в 1828 році Фрідріх Велер опублікував роботу про синтез сечовини, здійснений у лабораторних умовах, довівши, що органічні сполуки можуть бути створені штучно. Це відкриття завдало серйозної поразки вченимвіталістам, які заперечували таку можливість.

На той час уже існував фактичний матеріал для первинних біохімічних узагальнень, котрий накопичувався у зв’язку з практичною діяльністю людей, спрямованою на виготовлення їжі та вина, одержання пряжі з рослин, очищення шкіри від шерсті з допомогою мікробів, на вивчення складу і властивостей сечі та інших виділень здорової та хворої людини. Після робіт Велера поступово почали встановлюватися такі наукові поняття, як дихання, бродіння, ферментація, фотосинтез. Вивчення хімічного складу і властивостей сполук, виділених із тварин і рослин, стає предметом органічної хімії (хімії органічних сполук).

Початокбіохіміїтакожознаменувавсявідкриттямпершогоферменту діастази (зараз відомого як амілаза) в 1833 році Ансельмом Паєном. Труднощі, пов’язані з одержанням ферментів із тканин і клітин, використовувалися прихильниками віталізму для твердження про неможливість вивчення клітинних ферментів поза живими істотами. Це твердження було спростоване російським лікарем М. Манассеїною (1871–1872), яка запропонувала можливість

спостерігати спиртове бродіння в екстрактах розтертих (тобто позбавлених структурної цілісності) дріжджів. У 1896 році ця можливість була підтверджена німецьким ученим Едуардом Бухнером, який зумів експериментально спостерігати цей процес.

Сам термін «біохімія» було вперше запропоновано в 1882 році, проте вважається, що широкого використання він набув після робіт німецького хіміка Карла Нойберга в 1903 році. До того часу ця галузь досліджень була відома як фізіологічна хімія. Після цього часубіохіміяшвидкорозвивалася,особливопочинаючиізсередини ХХ століття, перш за все завдяки розробці нових методів, таких як хроматографія, рентгеноструктурний аналіз, ЯМР-спектроскопія, радіоізотопне мічення, електронна та оптична мікроскопія та, нарешті, молекулярна динаміка й інші методи обчислювальної біології. Ці методи дали можливість відкриття і детального аналізу багатьох молекул і метаболічних шляхів клітини, таких як гліколіз і цикл Кребса.

Іншою важливою історичною подією в розвитку біохімії стало відкриття генів та їх роль у передачі інформації в клітині. Це відкриття зробило можливим виникнення не тільки генетики, але й молекулярної біології, яка сформувалася на межі генетики й біохімії. У 1950-х роках Джеймс Вотсон, Френсіс Крік, Розалінда Франклін і Моріс Вілкінс зуміли розшифрувати структуру ДНК та пов’язали особливості її будови з генетичною передачею інформації в клітині. Також у 1950-х роках Джордж Відль і Едвард Татум довели, що один ген відповідає за синтез одного білка. Із розробкою методів аналізу ДНК, таких як генетичний фінгерпринтінг, пов’язані великі успіхи біохімічної судмедекспертизи. Так, у 1988 році Колін Пітчфорк став першою людиною, звинуваченою у вбивстві з допомогою свідоцтва на основі аналізу ДНК.

Зараз біохімічні дослідження проводяться в трьох напрямках, сформульованих Майклом Шугаром. Біохімія рослин досліджує біохімію переважно автотрофних організмів, у тому числі такі процеси як фотосинтез. Загальна біохімія включає дослідження як рослин, так і тварин і людини, а медична біохімія спеціалізується на біохімії людини та відхиленнях біохімічних процесів від норми, зокрема, у результаті хвороб.

Білки були виділені в окремий клас біологічних молекул у XVIII столітті в результаті робіт французького хіміка Антуана де Фуркруа та інших учених, в яких було відмічено властивість білків коагулювати під час нагрівання або під дією кислот. У той час були досліджені такі білки, як альбумін з яєчних білків, фібрин із крові та глютен із зерна пшениці. Голландський хімік Герріт Мульдер

провів аналіз складу білків і виявив, що практично всі білки мають однакову емпіричну формулу. Мульдер також визначив продукти руйнування білків — амінокислоти — і для однієї з них (лейцину) майже точно визначив молекулярну масу — 131 дальтон.

Мульдеру також належить перша модель хімічної будови білків, запропонована ним у 1836 році. Виходячи з теорії радикалів, він сформулював поняття про мінімальну структурну одиницю

вскладі білків. Саме ця одиниця отримала пізніше назву «протеїну» (Pr), а концепція — теорії протеїну. Сам термін «протеїн», що

всучасному розумінні означає білок більшістю європейських мов, був запропонований у 1838 році співробітником Мульдера Якобом Берцеліусом. Перевірка цієї моделі привернула увагу відомих хіміків свого часу, таких як Юстус Лібіх і Жан-Батист Дюма. Під впливом нових даних теорія протеїну декілька разів корегувалася, але все ж до кінця 1850-х років від неї довелося повністю відмовитися.

До кінця XIX століття вже було досліджено більшість амінокислот, що входять до складу білків. У 1894 році німецький фізіолог Альбрехт Коссель висунув теорію, що амінокислоти є головними структурними елементами білків. На початку XX століття німецький хімік Еміль Фішер експериментально довів, що білки побудовані із залишків амінокислот, сполучених пептидними зв’язками. Також він виконав перші аналізи амінокислотного складу білків і дав пояснення протеолізу. Після 1926 року також стала зрозумілою центральна роль білків у організмах, коли американський хімік Джеймс Самнер (згодом — лауреат Нобелівської премії) показав, що фермент уреаза також є білком.

Вивченню білків перешкоджала складність їх виділення. Тому перші дослідження білків проводилися з використанням тих поліпептидів, які могли бути очищені у великій кількості, тобто білків крові, курячих яєць, різних токсинів і травних/метаболічних ферментів, які можна було виділити в місцях забою худоби. У кінці 1950-х років компанія Armour Hot Dog Co. змогла очистити кілограм бичачої панкреатичної рибонуклеази А, яка стала експериментальним об’єктом для багатьох учених.

Ідея про те, що вторинна структура білків утворюється в результаті формування водневих зв’язків між амінокислотами, була висловлена Вільямом Астбері в 1933 році, але Лайнус Полінг вважається першим ученим, який зміг успішно передбачити вторинну структуру білків. Пізніше Волтер Каузман, спираючись на роботи Кая Ліндерстрем-Ланга, зробив вагомий внесок до розуміння законів утворення третинної структури білків і ролі в цьому процесі гідрофобних узаємодій. У 1949 році Фред Сенгер визначив