Лекція №1 зміст, предмет та задачі дисципліни.

Біохімія може бути визначена як хімія живих об'єктів (клітин і організмів). Живі об'єкти відрізняються від неживих своєї здатністю до метаболізму й відтворенню (з передачею генетичної інформації). При цьому живі істоти є складовою частиною природи та підкоряються всім основним законам природи, таким, як закони збереження маси й енергії й закони термодинаміки.

Живі об'єкти являють собою відкриті системи ( з погляду термодинаміки) або відносно ізольовані системи ( з погляду кібернетики). В обох випадках це означає, що живі системи беруть участь в обміні з навколишнім середовищем. Цей обмін із середовищем здійснюється за допомогою субстратів (джерел вільної енергії) і прихожої ззовні інформації (що приводить до зниження ентропії й підвищенню рівня організації живих систем). Такого роду обмін із середовищем підкоряється в основному принципу Ле Шательє й приводить до стаціонарного стану системи. Воно може бути охарактеризований, як динамічний стан, при якім у кожний даний проміжок часу система одержує від навколишнього середовища ті ж кількості речовини й енергії, що й повертає в неї, і, таким чином, концентрація їх усередині системи залишається незмінної. Це є однієї з характерних рис живих об'єктів, яка відрізняє їх від неживих ізольованих систем, що перебувають у незалежному від часу рівновазі. У таких неживих системах усі кількості речовини й енергії залишаються незмінними й усі процеси припиняються.

Реакції живих систем протікають, таким чином, у часі й просторі. У відповідності зі ступенем розвитку ці системи різняться ступенем складності структури.

Структури живих об'єктів звичайно утворюються із простих неорганічних і органічних речовин і мають певну просторову конфігурацію, яку неможливо описати їх найпростішими хімічними формулами. Цю особливість необхідно мати на увазі при розгляді реакційної здатності, що часто залежить від конфігурації. Відносно прості сполуки поєднуються в макромолекули а потім, у надмолекулярні структури, що лежать в основі головних будівельних блоків, з яких складаються живі системи,- клітини і їх органелли. Молекули живих систем мають певні розміри й форму, пов'язані з їхніми функціями в організмах.

Функціонування живих систем засноване на біохімічних реакціях, що протікають як у вже згаданих клітинних і субклітинних структурах, так і в розчині цитоплазми або в міжклітинних рідинах.

Біохімічні реакції протікають у порівняно вузькому інтервалі фізичних і хімічних параметрів, Крім обмежень у температурах і тисках це ставиться також до інтервалу концентрацій, або активностей водневих іонів (величини рН). Значення рН підтримуються на потрібному рівні буферними системами, що підкоряються рівнянню Гендерсона та Хассельбалха. Відносна сталість значень рН досить суттєво для того, щоб запобігти дисоціації біологічно активних сполук, оскільки в результаті може відбутися зміна форми й реакційної здатності молекул білків і відповідно зміна їх структурної стабільності або ферментативної активності. Деякі біохімічні реакції протікають із оптимальною швидкістю лише при певному осмотичному тиску й іонній силі в середовищі, де зберігається строго постійним співвідношення певних іонів. Усі ці фактори впливають на властивості й функції молекул і ступінь дисперсності систем. Залежно від природи розчину й розміру розчинених часток ми розрізняємо дійсні розчини, колоїдні розчини й суспензії.

Біохімічні реакції можуть протікати лише при дотриманні певних енергетичних вимог. Первинним джерелом енергії на нашій планеті є випромінювання Сонця. Частина цієї енергії запасається у формі хімічної енергії в хімічних зв'язках різних речовин. У цей час на Землі суттєво переважають аеробні умови, і більшу частину енергії живі системи одержують за рахунок окисно-відновних процесів (і в першу чергу за рахунок окиснення органічних сполук атмосферним киснем). реакції, що протікають в організмах, є або екзергоничними (вони протікають спонтанно), або ендергоничними (вони вимагають для свого здійснення зовнішнє джерело енергії). Багато з ендергоничних реакцій можуть протікати лише тому, що вони сполучені з екзергоничними реакціями. Найпоширенішим переносником енергії є молекула аденозинтрифосфату (АТР).

Біохімічні реакції протікають зі швидкостями, які залежать від концентрацій реагуючих молекул і констант швидкостей, характерних для даного типу реакції. Ці швидкості істотно можуть бути змінені (звичайно підвищені) у присутності каталізаторів (ферментів). Шкідливі впливи навколишнього середовища проявляються в першу чергу на ферментативному рівні, інгібуючи відповідні реакції.

Окремі реакції в живих об'єктах контролюються всілякими шляхами. Цей контроль здійснюється як за рахунок зміни просторових факторів (зміни ентропії живих систем), так і за рахунок зміни швидкостей реакцій.

Основними етапи розвитку біохімії, які зіграли вирішальну роль у розвитку не тільки біохімії, але й у біології в цілому є:

1). Відкриття нуклеїнових кислот (Ф. Мишер, 1868).

2). Відкриття вірусів (Д.І.Івановський, 1892).

3). Розробка поліпептидної теорії будови білків (Є. Фишер, 1903 1919).

4). Теорія спіралей - вторинної структури білка (Л. Полинг, Р. Кори, 1951).

5). Відкриття унікальних закономірностей складу ДНК (Є. Чаргафф, 1949).

6). Розшифрування структури ДНК (Дж. Уотсон, Ф. Лемент, 1953).

7). Розшифрування генетичного коду (А. Корану, М. Ниренберг, 1964-1968). и). Відкриття реплікації ДНК і ДНК- полимерази (А.Корнберг із сотр. 1955).

8). Схема регуляції активності генів (Ф. Жакоб, Ж. Моно, 1961).

9). Розробка хеміосмотичної теорії (П. Мітчелл, 1961-1966). м). Розробка схеми анаэробного гліколізу (Г. Ембден, О. Мейергоф, 1921 1927).