 |
 |
|
 |
|
|
БИОХИМИЯ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
I
Биохимия
биологическая химия, наука, изучающая состав организмов, структуру, свойства и локализацию обнаруживаемых в них соединений, пути и закономерности их образования, последовательность и механизмы превращений, а также их биологическая и физиологическая роль. В зависимости от объекта исследования Б. подразделяют на Б. микробов, растений, животных и человека. Это подразделение условно, т.к. в составе различных объектов и в протекающих в них биохимических процессах много общего. Поэтому результаты исследований, проведённых на микробах, растительных или животных тканях и клетках, взаимно дополняют и обогащают друг друга. Тесно связаны между собой и разные направления биохимических исследований, однако принято делить Б. на статическую, занимающуюся преимущественно анализом состава организмов, динамическую, изучающую превращения веществ, и функциональную, выясняющую, какие химические процессы лежат в основе различных проявлений жизнедеятельности. Это последнее направление исследований иногда выделяют под специальным названием физиологическая химия.
Вся совокупность химических реакций, протекающих в организмах, включая усвоение веществ, поступающих извне (Ассимиляция), и их расщепление (Диссимиляция) вплоть до образования конечных продуктов, подлежащих выделению, составляет сущность и содержание обмена веществ (См. Обмен веществ) — главного и постоянного признака всего живого. Понятно, что изучение обмена веществ во всех деталях — одна из основных задач Б. Биохимические исследования охватывают очень широкий круг вопросов: нет такой отрасли теоретической или прикладной биологии, химии и медицины, которая не была бы связана с Б., поэтому современная Б. объединяет ряд смежных научных дисциплин, ставших с середины 20 в. самостоятельными.
Накопление биохимических сведений и формирование Б. в 16—19 вв. Б. сформировалась как самостоятельная наука в конце 19 в., хотя истоки её относятся к далёкому прошлому. С 1-й половины 16 в. и до 2-й половины 17 в. свой вклад в развитие химии и медицины вносили ятрохимики (химики-врачи): немецкий врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс, голландские учёные Я. Б. ван Гельмонт, Ф. Сильвий и др., занимавшиеся исследованием пищеварительных соков, жёлчи, а также процессов брожения (см. Ятрохимия). Сильвий, прославленный врач, придавал особенно большое значение правильному соотношению в организме человека кислот и щелочей; он полагал, что в основе многих, если не всех, болезней лежит расстройство этого соотношения. Большая часть принятых ятрохимиками положений была наивной, полной заблуждений; однако нельзя забывать, что научной химии тогда ещё не существовало. Наиболее общей теорией, господствовавшей в науке того времени, была теория т. н. Флогистона. Тем не менее балансовые опыты на человеке с точным учётом массы тела и выделений были проведены итальянским учёным С. Санторио в начале 17 в. Эти опыты привели к описанию «perspiratio insensibilis» — потери массы за счёт «нечувствуемого пропотевания».
Великие открытия в области физики и химии 18 и начала 19 вв. (открытие ряда простых веществ и соединений, формулировка газовых законов, открытие законов сохранения материи и энергии) заложили научный фундамент общей химии. После открытия в составе воздуха кислорода голландский ботаник Я. Ингенхауз смог описать постоянное образование растением СО2 и выделение на солнечном свету зелёными частями растения кислорода. Опытами Ингенхауза было положено начало исследованию дыхания растений и процессов Фотосинтеза, детальное изучение которых продолжается и в настоящее время.
В конце 1-й четверти 19 в. было известно очень ограниченное количество органических веществ. В учебнике немецкого химика Л. Гмелина, изданном в 1822, упоминается лишь 80 органических соединений. Задачи и возможности органической химии в то время оставались неясными. Шведский учёный И. Берцелиус считал, что органические тела разделяются на два четко разграниченных класса — на растения и животные; сущность живого тела основана не на его неорганических элементах, а на чём-то ином. Это нечто, что он называет «жизненной силой», лежит целиком за пределами неорганических элементов. Берцелиус выражает сомнение в том, что люди когда-либо сумеют искусственно производить органические вещества и подтвердить анализ синтезом (1827). Несостоятельность таких типичных для Витализма позиций выявилась очень скоро. Уже в 1828 немецкий химик Ф. Вёлер, ученик Берцелиуса, получил синтетическим путём мочевину (См. Мочевина), описанную в 18 в. французским учёным Г. Руэлем в качестве составной части мочи млекопитающих. Вскоре последовали синтезы других как природных органических соединений, так и искусственных, неизвестных в природе. Т. о. рушилась стена, отделявшая органические соединения от неорганических.
Начиная со 2-й половины 19 в. органическая химия становится всё больше химией синтетической, усилия которой направляются на получение новых соединений углерода, особенно имеющих промышленное значение; в её задачи уже не входит исследование состава растительных и животных объектов. Эти сведения поступали случайно в результате побочной работы химиков, ботаников, физиологов растений и животных, а также патологов и врачей, включавших в круг своих интересов химические исследования. Так, в 1814 русский химик К. С. Кирхгоф описал осахаривание крахмала под влиянием вытяжки из проросших семян ячменя: действие Амилазы. К середине 19 в. были описаны и другие ферменты: амилаза слюны, расщепляющая Полисахариды; Пепсин желудочного сока и Трипсин сока поджелудочной железы, расщепляющие белки. Берцелиус ввёл в химию понятие катализаторов (См. Катализаторы), к числу которых были отнесены все известные в то время Ферменты. В 1835 французский химик М. Шеврёль описал в составе мышц Креатин, несколько позднее в моче был найден близкий к нему по структуре креатинин. Содержание в скелетных мышцах молочной кислоты и её накопление при работе установил немецкий химик Ю. Либих. В 1839 он же выяснил, что в состав пищи входят Белки, Жиры и Углеводы, являющиеся главными составными частями животных и растительных организмов. В середине 19 в. была установлена структура жира и осуществлен его синтез французским химиком П. Бертло; синтез углеводов был проведён русским учёным А. М. Бутлеровым; он же предложил теорию строения органических соединений, сохранившую своё значение и поныне. Систематическое исследование белков было начато голландским врачом и химиком Г. И. Мульдером в 30-е гг. 19 в. и интенсивно продолжалось многими авторами во все последующие годы. В то же время в связи с описанием дрожжевых клеток (К. Коньяр-Латур во Франции и Т. Шванн в Германии, 1836—38) активно начали изучать процесс сбраживания сахара и образования спирта, издавна привлекавший к себе внимание. В числе учёных, изучавших Брожение, были Ю. Либих и французский учёный Л. Пастер. Пастер пришёл к выводу, что брожение — биологический процесс, в котором обязательно участвуют живые дрожжевые клетки. Либих же рассматривал сбраживание сахара как сложную химическую реакцию. В этот спор была внесена ясность, когда русский химик М. М. Манассеина (1871) и особенно четко немецкий учёный Э. Бухнер (1897) доказали способность бесклеточного дрожжевого сока вызывать алкогольное брожение. Т. о. была подтверждена принципиальная правильность химической теории действия ферментов, которую Либих сформулировал в 1870; основные принципы этой теории сохранили своё значение и теперь.
Постепенно количество накопившихся сведений относительно химического состава растительных и животных организмов и протекающих в них химических реакций стало значительным, в связи с чем были осуществлены попытки их систематизации и объединения в учебных руководствах. Наиболее ранние из них — учебники И. Зимона (1842) и Либиха (1847), изданные в Германии, и учебник физиологической химии А. И. Ходнева, вышедший в России (1847).
Возникновение и развитие современных направлений Б. В конце 19 века и в 20 в. развитие Б. приобрело выраженный специализированный характер в зависимости от разрабатываемой проблемы и объекта исследования. Б. растений развивалась по преимуществу на кафедрах ботаники и физиологии растений. Тесно связана с ней и Б. микроорганизмов. Белки, углеводы, липиды, витамины, являющиеся составными частями растений, животных и микроорганизмов, исследовали биохимики всех стран на самых различных объектах. Характерными для растений и микроорганизмов можно считать Гликозиды, дубильные вещества, эфирные масла, Алкалоиды, Антибиотики и др. т. н. вещества вторичного происхождения. Из перечисленных соединений ряд гликозидов был синтезирован при участии ферментов французским химиком Э. Буркло и его сотрудниками (1911—18). В расшифровке строения антоцианов — гликозидов, входящих в состав пигментов цветов и плодов, — исключительную роль сыграли классические работы немецкого химика Р. Вильштеттера (1910—15). Группа алкалоидов (азотистых гетероциклических веществ основного характера) изучалась немецким химиком А. Гофманом (1890—1900). Позднее алкалоиды изучали выдающиеся исследователи (Р. Вильштеттер, Л. Пикте — Швейцария; русские химики А. П. Орехов, А. А. Шмук и многие др.). Эфирные масла, терпены успешно исследовали также крупные представители химии и биохимии: Перкин младший (Великобритания), Г. Эйлер (Швеция) и др.
Выдающуюся роль в развитии Б. растений в России (конец 19 в. — 1-я половина 20 в.) сыграли профессор Петербургского университета А. С. Фаминцын, его ученики Д. И. Ивановский, открывший вирусы, и И. П. Бородин, изучавший окислительные процессы в организме растений и их связь с превращениями белков.
Работы С. П. Костычева (профессор Петербургского университета, позднее — ЛГУ) по анаэробному обмену углеводов и дыханию у растений обогатили химическую физиологию открытием новых промежуточных продуктов брожения, формулировкой оригинальных взглядов на сущность окислительных процессов, на обмен белков и фиксацию азота растениями. Много сделал профессор Варшавского университета М. С. Цвет, разработавший метод хроматографии (См. Хроматография) на колонках, используемый и в настоящее время. Московская школа физиологов и биохимиков растений была представлена К. А. Тимирязевым, исследовавшим фотосинтез и химию хлорофилла. Его ученики — В. И. Палладин, разрабатывавший проблему биологического окисления, Д. П. Прянишников, изучавший азотистый обмен растений, В. С. Буткевич, обогативший теоретическую Б. исследованиями белков и белкового обмена растений, А. Р. Кизель, изучавший обмен аргинина и мочевины у растений и структурные элементы протоплазмы клеток, — явились создателями крупных школ и оригинальных направлений современной общей и эволюционной Б., а также физиологии и Б. растений, плодотворно развивающихся и в 3-й четверти 20 в. В 20 в. представители Б. микроорганизмов и Б. растений решали много общих задач, связанных с изучением природных соединений (в т. ч. и высокомолекулярных), их структуры, путей образования и расщепления, характеристики ферментов, участвующих в этих процессах. Следует отметить, что микроорганизмы постепенно стали излюбленным объектом для различных энзимологических исследований и для разработки проблем биохимической генетики.
Все эти исследования создали прочную базу для разработки многих частных проблем, в том числе и промышленной Б. К ним относятся получение новых антибиотиков, разработка методов их очистки, поиски условий, благоприятных для микробиологического синтеза не только антибиотиков, но и других биологически активных соединений — витаминов, дефицитных аминокислот, нуклеотидов и т.д.
Техническая и промышленная Б. Потребности народного хозяйства — проблемы рентабельного получения сырья, его удобного и рационального хранения, правильной обработки и эффективного использования, а также проблемы повышения урожайности культурных растений, вопросы виноградарства и технологии виноделия, запросы пищевой промышленности — привели к созданию новых отраслей Б. — технической и промышленной Б. В СССР это направление представлено наиболее полновесно в Институте биохимии им. А. Н. Баха (А. И. Опарин, В. Л. Кретович, Л. В. Метлицкий, Р. М. Фениксова и др.), в Институте физиологии растений АН СССР (А. Л. Курсанов, его сотрудники и ученики). Много сделали в изучении биохимии зерновых культур И. П. Иванов (Всесоюзный институт растениеводства), а также В. Л. Кретович, М. И. Княгиничев, их сотрудники и мн. др. Работы, проведённые в Институте им. А. Н. Баха по Б. катехинов, сыграли существенную роль в развитии чайного производства и дубильных веществ.
Б. животных и человека (медицинская и физиологическая химия). Большое значение для развития этой ветви Б. имели многочисленные школы физиологов, химиков, патологов и врачей, работавших в разных странах. Во Франции в лаборатории физиолога К. Бернара в составе печени млекопитающих был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление; здесь же Л. Корвизар (1856) открыл в поджелудочном соке фермент трипсин. В Германии в лабораториях Ф. Хоппе-Зейлера, А. Косселя, Э. Фишера, Э. Абдергальдена, О. Хаммарстена и др. подробно изучались простые и сложные белки, их структура и свойства, вещества, образующиеся при искусственном их расщеплении путём нагревания с кислотами и щёлочами, а также под влиянием ферментов. В Англии Ф. Хопкинс, основатель школы биохимиков в Кембридже, занимался исследованием аминокислотного состава белков, открыл Триптофан, Глутатион, изучал роль аминокислот (См. Аминокислоты) и витаминов в питании.
Существенный вклад в развитие Б. в конце 19 — начале 20 вв. внесли русские учёные, работавшие на кафедрах высших учебных заведений и в специализированных институтах. В Военно-медицинской академии А.Я. Данилевский и его сотрудники разрабатывали проблемы химии белка (См. Белки), методы выделения и очистки ферментов, изучали механизм их действия и условия обратимости ферментативных реакций. В Институте экспериментальной медицины М. В. Ненцкий исследовал химию порфиринов, биосинтез мочевины, а также ферменты бактерий, вызывающие разложение аминокислот. Особенно плодотворным было содружество лабораторий А. Я. Данилевского и М. В. Ненцкого с лабораторией И. П. Павлова при исследовании пищеварения и образования мочевины в печени. В Московском университете В. С. Гулевич подробно и успешно исследовал азотистые экстрактивные (небелковые) вещества мышц и открыл ряд новых соединений оригинальной структуры (Карнозин, карнитин и др.). Предметом многочисленных исследований было и остаётся подробное изучение разнообразных ферментативных реакций, протекающих в паренхиматозных органах, главным образом в печени, и обусловливающих нормальное течение процессов обмена веществ. Большое внимание во 2-й половине 19 и в 20 вв. было уделено биохимическому исследованию возбудимых тканей, главным образом мозга и мышц. В СССР разработка этих проблем осуществлялась А. В. Палладиным, Г. Е. Владимировым, Е. М. Крепсом, их учениками и сотрудниками. К середине 20 в. нейрохимия представляла одно из сформировавшихся самостоятельных направлений. Подверглась всестороннему изучению Б. крови. Дыхательная функция крови (т. е. связывание и отдача кровью углекислого газа и кислорода), изучавшаяся в середине 19 в. в лаборатории К. Людвига в Вене, подробно исследовалась в дальнейшем в разных странах. Полученные данные привели к анализу структуры и свойств гемоглобина в норме и патологии, к детальному изучению реакции между гемоглобином и кислородом и выяснению закономерностей кислотно-щелочного равновесия.
Крупных успехов Б. достигла в изучении витаминов, гормонов, минеральных веществ, в частности микроэлементов, их распространения в различных организмах, физиологической роли, механизма действия и регулирующих влияний на ферментативные реакции и процессы обмена веществ. Большое значение имеет проблема связи структуры и функции, которая характеризует также задачи биохимической фармакологии, когда речь идёт о лекарственных средствах и исследовании первичного механизма их действия, осуществляемого вмешательством в ферментативные реакции, составляющие основу процессов обмена веществ. В середине 20 в. самостоятельное значение приобрели биохимические исследования, проводившиеся в клиниках и посвященные изучению биохимических особенностей организма, химического состава крови, мочи и других жидкостей и тканей больного человека. Это направление, получившее широкое развитие, составляет основное содержание клинической Б.
Витаминология. В лаборатории Г. А. Бунге молодой русский врач Н. И. Лунин первый описал в 1880 в составе молока добавочные факторы питания. В 1896 аналогичное наблюдение было сделано голландским врачом К. Эйкманом, описавшим присутствие важного для организма фактора в рисовых отрубях. Польский исследователь К. Функ в 1912 выделил активное начало в кристаллическом виде и назвал его витамином (См. Витамины). Работы этого направления получили широкое развитие; постепенно были открыты многие другие витамины, и сейчас витаминология представляет один из весьма важных разделов Б., а также науки о питании.
Б. гормонов. Работы, связанные с анализом химической структуры продуктов жизнедеятельности желёз внутренней секреции — гормонов (См. Гормоны), путей их образования в организме, механизма действия и возможного осуществления лабораторного синтеза, представляют одно из важных направлений биохимических исследований. Б. стероидных гормонов — часть общей проблемы Б. стеринов. Достигнутые в этой области успехи в значительной мере связаны с использованием меченных по углероду (С14) исходных и промежуточных соединений. Самая тесная связь установилась между широким фронтом исследований белковых веществ и специальным изучением структуры и функций гормонов белковой природы. Изучение гормональной активности тех или других препаратов невозможно без глубокого анализа биохимического механизма их действия. Т. о., данные по химии и Б. гормонов в равной мере обогащают эндокринологию и Б.
Энзимология — учение о ферментах (См. Ферменты), вполне самостоятельная область Б. В ней проблема строения белков-ферментов тесно переплетается с физико-химическими проблемами — химической кинетикой и катализом. В 3-й четверти 20 в. внесено много нового в представления о структуре ферментов, о их присутствии в нативном состоянии в виде сложных комплексов. Анализ строения ферментов в сопоставлении с проявляемой ими в разных условиях активностью позволил выяснить значение отдельных аминокислот (главным образом Цистеина, Лизина, Гистидина, Тирозина, Серина и т.д.) в формировании активного центра (См. Активные центры) ферментов. Выяснены структура многих коферментов (См. Коферменты), их значение для ферментативной активности, а также связь между коферментами и витаминами. Большой вклад в развитие энзимологии в первой половине 20 в. внесли Р. Вильштеттер, Л. Михаэлис, Г. Эмбден, О. Мейергоф (Германия), Дж. Самнер, Дж. Нортроп (США), Г. Эйлер (Швеция), А. Н. Бах (СССР). Много сделали продолжающие активно работать создатели крупных школ и направлений: О. Варбург (Западный Берлин), Ф. Линен (ФРГ), Р. Питерс, Х. Кребс (Великобритания), Х. Теорелль (Швеция), Ф. Линман, Д. Кошленд (США), А. Росси-Фанелли (Италия), Ф. Шорм (Чехословакия), Ф. Штрауб (Венгрия), Т. Барановский, Ю. Хеллер (Польша) и многие другие. В СССР эту область исследований представляют: В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, установившие ферментативную активность мышечных белков, в частности аденозинтрифосфатазную активность Миозина и процесс окислительного фосфорилирования (См. Окислительное фосфорилирование); А.Е. Браунштейн, открывший совместно с М. Г. Крицман процесс переноса аминогруппы (Переаминирование); А. И. Опарин и Л.Л. Курсанов, изучавшие роль структуры клеток в проявлении активности ферментов; С.Р. Мардашев, успешно исследовавший Декарбоксилирование аминокислот, и др. Исследования сложных комплексов ферментов проводятся в лабораториях Л. Рида (США), М. Койке (Япония), В. Санади (США), Ф. Линена (ФРГ), С. Е. Северина (СССР) и др. Советский учёный В. А. Белицер значительно углубил представления об энергетической эффективности открытого В. А. Энгельгардтом дыхательного пути образования богатых энергией соединений; Г. Е. Владимиров уточнил количество энергии (10 кал, или 42 дж), освобождающееся при гидролизе АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты). Работы этого направления, сначала остававшиеся единичными, в 50-е и последующие годы получили очень широкое развитие главным образом в результате исследований Д. Грина и Б. Чанса, А. Ленинджера, Э. Рэккера (США), Э. Слатера (Нидерланды), Л. Эрнстера (Швеция) и др. В СССР эта проблема разрабатывалась в МГУ и ЛГУ на кафедрах Б., а также в отдельных лабораториях (С. А. Нейфах, В. П. Скулачев и др.). Современные исследования показали также наличие выраженного влияния солевого состава среды и отдельных ионов на ферментативные процессы и важную роль микроэлементов в реализации ферментативной активности.
Эволюционная и сравнительная Б. Исследования по Б. животных, растений и микроорганизмов показали, что, несмотря на общность основных биохимических структур и процессов у всех живых организмов, имеются и специфические различия, зависящие от уровня онто- и филогенетического развития изучавшихся объектов. Накопленные факты позволили заложить фундамент сравнительной Б., задача которой — найти закономерности биохимической эволюции организмов. Большое теоретическое значение имеет проблема происхождения жизни на Земле. Некоторые важные положения теории А. И. Опарина о происхождении жизни получили экспериментальное подтверждение в работах института им. Баха, кафедры Б. растений МГУ и ряда зарубежных лабораторий (И. Оро, С. У. Фокс в США; и др.).
Гистохимия. Цитохимия. По мере развития техники морфологических исследований, особенно после введения в практику лабораторной работы электронной микроскопии, открывшей многочисленные, ранее неизвестные структуры в составе клеточного ядра и протоплазмы, перед Б. встали новые задачи. На стыке морфологических и биохимических исследований возникли новые отрасли — Гистохимия и Цитохимия, изучающие локализацию и превращение веществ в клетках и тканях и использующие биохимические и морфологические методы.
Биоорганическая химия. Подробные исследования структуры биополимеров — простых и сложных белков, нуклеиновых кислот (См. Нуклеиновые кислоты), полисахаридов и липидов (См. Липиды), а также анализ действия биологически активных низкомолекулярных природных соединений (коферментов, нуклеотидов, витаминов и т.д.) привели к необходимости изучения связи между строением вещества и его биологической функцией. Постановка этого вопроса вызвала развитие исследований, находящихся на грани биологической и органической химии. Данное направление исследований получило наименование биоорганической химии (См. Биоорганическая химия).
Молекулярная биология. Разработка методов разделения субклеточных структур (ультрацентрифугирование) и получение отдельно фракций, содержащих клеточные ядра, Митохондрии, Рибосомы и т.п., позволили детально исследовать состав и биологические функции выделенных образований. Применение методов электрофореза в сочетании с хроматографией дало возможность детально характеризовать высокомолекулярные соединения. Параллельно улучшалась техника аналитических определений, позволявшая исследовать ничтожное количество материала. Это было связано с внедрением в биологию, в том числе и в Б., физических (главным образом оптических) методов исследования (флуорометрия, спектрофотометрия в различных областях спектра, масс-спектрометрия, ядерномагнитный и электронно-парамагнитный резонанс, газово-жидкостная хроматография), с применением радиоактивных изотопов, чувствительных автоматических анализаторов аминокислот, пептидов, нуклеотидов, полярографии, высоковольтного электрофореза и т.д. Всё это привело к появлению ещё одного самостоятельного ответвления Б., тесно связанного с биофизикой (См. Биофизика) и физической химией и названного молекулярной биологией (См. Молекулярная биология).
Составной частью молекулярной биологии можно считать молекулярную генетику, несмотря на некоторые специфические её задачи. Так, например, анализ механизма возникновения ряда наследственных нарушений обмена веществ и функций организма позволил выяснить роль выпадения или извращения биосинтеза тех или иных белковых веществ, обладающих ферментативной, иммунной или другой биологической активностью. Сюда относятся также исследования нарушений в обмене углеводов, аминокислот (например, Фенилаланина, тирозина, триптофана и др.), образования патологических форм гемоглобина и т.д.
Благодаря развитию новых методов исследования Б. в 1950—1970 гг. достигла крупных успехов. Это прежде всего — выяснение строения белков, определение последовательности расположения в них аминокислот. Впервые была выяснена последовательность расположения аминокислот в гормоне белковой природы — Инсулине — английским биохимиком Ф. Сангером, затем в ферменте рибонуклеазе К.Хёрсом, С. Муром и У.Стейном (США), разработавшими метод автоматического анализа аминокислот, вошедший в практику биохимических лабораторий. Тот же фермент — рибонуклеазу, полученную из разных источников, изучали К. Анфинсен (США), Ф. Эгами (Япония) и др. Последовательность расположения аминокислот в ряде протеолитических ферментов (См. Протеолитические ферменты) установили Ф. Шорм и Б. Кейль с сотрудниками (Чехословакия), Б. Хартли (Великобритания) и др. Большое достижение Б. 60-х гг. 20 в. — химический синтез гормонов — адренокортикотропного гормона, молекула которого содержит 23 аминокислоты (в природном гормоне 39 аминокислот), и инсулина, молекула которого состоит из 51 аминокислоты, фермента рибонуклеазы (124 аминокислоты).
В СССР над проблемами структуры и синтеза биологически активных веществ работают в Институте химии природных соединений (директор М. М. Шемякин), Институте биологической и медицинской химии (директор В. Н. Орехович) и других институтах и на кафедрах вузов.
С большим успехом использовали английские учёные М. Перуц, Дж. Кендрю и их сотрудники рентгеноструктурный анализ для выяснения строения миоглобина и гемоглобина. В 1956—67 полностью была определена структура Лизоцима английским биохимиком Д. Филлипсом и др. Не менее значительны успехи, достигнутые в анализе сложных белков, нуклеопротеидов, нуклеиновых кислот и нуклеотидов. Триумфом Б., молекулярной биологии и генетики явились исследования, показавшие роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белков и установившие предопределяющее влияние нуклеиновых кислот на строение и свойства синтезируемых в клетке белков. Этими работами были выяснены биохимические основы передачи признаков по наследству от поколения к поколению. Трудно переоценить также значение исследований, определивших последовательность нуклеотидов в составе транспортных рибонуклеиновых кислот (См. Рибонуклеиновые кислоты) и разработку методов органического синтеза полинуклеотидов. Особенно плодотворно в названных областях работают И. Бьюкенен, Э. Чаргафф, И. Дэвидсон, Д. Дейвис, А. Корнберг, С. Очоа, Дж. Уотсон, М. Уилкинс и др. (США), Ф. Крик, Ф. Сангер (Великобритания), Ф. Жакоб, Ж. Моно (Франция), А. Н. Белозерский, А. С. Спирин, В. А. Энгельгардт, А. А. Баев (СССР) и многие др.
Научные учреждения, общества и периодические издания. Запросы к Б. со стороны смежных научных дисциплин — медицины со всеми её разветвлениями, сельского хозяйства (растениеводства, животноводства), пищевой промышленности, теоретической и прикладной биологии, почвоведения, гидробиологии и океанологии, становятся всё шире. Каждое из направлений Б. располагает в СССР и за рубежом сетью специализированных институтов и лабораторий. Научная работа по Б. в СССР проводится в центральных научно-исследовательских институтах, находящихся в системе: АН СССР — Институт биохимии им. А. Н. Баха, Институт эволюционной физиологии и биохимии, Институт физиологии растений, Институт молекулярной биологии, Институт химии природных соединений; республиканских академий — институты биохимии УССР, Армянской ССР, Узбекской ССР, Литовской ССР; отраслевых академий: Институт биологической и медицинской химии АМН СССР, отдел биохимии в Институте экспериментальной медицины АМН СССР, Институт экспериментальной эндокринологии и химии гормонов АМН СССР, Институт питания АМН СССР; в институтах ВАСХНИЛ и ряда министерств (здравоохранения, сельского хозяйства, пищевой промышленности и др.). Работы по Б. представлены в лаборатории биоорганической химии МГУ, на многочисленных кафедрах Б. вузов. Проблемами Б. занимаются в центральных и отраслевых институтах, работающих в области ботаники, физиологии, патологии, в институтах экспериментальной и клинической медицины, институтах пищевой промышленности, институтах физкультуры и многих др. Основных специалистов-биохимиков за рубежом и в СССР готовят университеты, их химические и биологические факультеты, имеющие в своём составе специальные кафедры. Биохимиков более узкого профиля готовят в медицинских, технологических, с.-х. и других вузах.
В большинстве стран существуют научные биохимические общества, объединённые в Европейскую федерацию биохимиков (FEBS — Federation of European Biochemical Societies) и в Международный биохимический союз (IUB— International Union of Biochemistry). Эти организации собирают симпозиумы, конференции, а также конгрессы — ежегодные по Европейской федерации (первый проходил в 1964) и раз в 3 года по Международному биохимическому союзу (первый состоялся в 1949; особенно популярными и многолюдными конгрессы стали начиная с 5-го, состоявшегося в 1961 в Москве). В СССР Всесоюзное биохимическое общество с многочисленными республиканскими и городскими отделениями было организовано в 1958. Оно объединяет около 6,5 тыс. членов, фактически число биохимиков в СССР значительно больше.
Количество периодических изданий, в которых публикуются работы по Б., очень велико и продолжает увеличиваться с каждым годом. Из зарубежных и международных журналов наиболее известны: «Journal of Biological Chemistry» (Balt., 1905—), «Biochemistry» (Wash., 1964—), «Archives of Biochemistry and Biophysics» (N. Y., 1942—), «Biochemical Journal» (L., 1906—), «Phytochemistry» (Oxf.— N. Y., 1962—), «Molecular Biology» (издаётся в Англии — журнал международный), «Bulletin de la Societe de Chimie Biologique» (P., 1914—), «Enzymologia» (Haaga, 1936—), «Giornale di Biochimica» (Rome, 1955—),»Acta Biological et Medica Germanica»(Lpz., 1959—), «Hoppe Seyler's Zeitschrift fur physiologische Chemie» (Berlin, 1877—), «Journal of Biochemistry». (Tokyo, 1922—). Популярны ежегодники: «Annual Review of Biochemistry» (Stan-ford, 1932—), «Advances in Enzymology and Related Subjects of Biochemistry» (N. Y., 1945—), «Advances in Protein Chemistry» (N. Y., 1945—), «Advances in Enzyme Regulation» (Oxf., 1963—), «Advances in Molecular Biology» и др. В СССР экспериментальные работы по Б. печатаются в журналах: «Биохимия» (М., 1936—), «Журнал эволюционной биохимии и физиологии» (М., 1965—), «Молекулярная биология» (М., 1967—), «Вопросы медицинской химии» (М., 1955—), «Украинский биохимический журнал» (К., 1926—), «Прикладная биохимия и микробиология» (М., 1965—), «Доклады АН СССР» (М., 1933—), «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины» (М., 1936—), «Известия АН СССР. Серия биологии и медицины» (М., 1936—), «Известия АН СССР. Серия химическая» (М., 1936—), «Научные доклады высшей школы. Серия биологические науки» (М., 1958—) и в некоторых др.
Обзорные работы по Б. печатаются в журнале «Успехи современной биологии» (М., 1932—), в ежегоднике «Успехи биологической химии» (т. 1—8, 1950—67), издаваемом Всесоюзным биохимическим обществом, в журнале «Успехи химии» (М., 1932—), «Реферативный журнал. Химия. Биологическая химия» (М., 1955—), в журнале Всесоюзного общества им. Менделеева. Часто выходят в свет труды биохимических институтов.
Лит.: Руководства: Макеев И. А., Гулевич В. С., Броуде Л. М., Курс биологической химии, М., 1947; Кретович В. Л., Основы биохимии растений, 4 изд., М., 1964; 3барский Б. И., Иванов И. И., Мардашев С. Р., Биологическая химия, 4 изд., М., 1965; Фердман Д. Л., Биохимия, 3 изд., М., 1966.
История: Прянишников Д., Избр. соч., т. 1, М., 1951, с. 5-19; Гулевич В. С., Избранные труды, М., 1954, с. 5—21; Парнас Я. О., Избранные труды, М., 1960, с. 5—10; Толкачевская Н. Ф., Развитие биохимии животных, М., 1963; Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966; Развитие биологии в СССР, М., 1967; Кретович В.Л., Введение в энзимологию, М., 1967; Биохимия растений, пер. с англ., М., 1968; Lieben F., Geschichte der physiologischen Chemie, Lpz.—W., 1935.
Монографии: Энгельгардт В. А., Некоторые проблемы современной биохимии, М., 1959; его же. Пути химии в познании явлений жизни, М., 1965; Северин С. Е., Биохимические основы жизни, М., 1961; Спирин А. С., Информационная РНК и биосинтез белков, М., 1962; Скулачев В. П., Соотношение окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи, М., 1962; ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, М., 1964; Владимиров Г. Е., Пантелеева Н. С., Функциональная биохимия, Л., 1965; Ингрэм В., Биосинтез макромолекул, пер. с англ., М., 1966; Рэкер Э., Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1967; Спирин А. С., Гаврилова Л. П., Рибосома, М., 1968.
С. Е. Северин.
II
Биохимия («Биохимия»,)
журнал, издаваемый АН СССР в Москве. Основан в 1936 А. Н. Бахом. Выходит 1 раз в 2 мес. В журнале публикуются экспериментальные работы по общей биохимии, энзимологии (учение о ферментах), обмену веществ в растениях, животных и микроорганизмах, по биохимии витаминов, гормонов и других природных физиологически активных соединений, а также по биохимическим основам технологии растительного и животного сырья. Тираж около 4 тыс. экз. (1970). О других биохимических журналах см. Биохимия.
|
| Современная Энциклопедия |
| БИОХИМИЯ, наука о химических веществах, входящих в состав организмов, их структуре, распределении, превращениях и функциях, а также о химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности. Первые сведения по биохимии человек получил в процессе хозяйственной деятельности (обработка растительного и животного сырья, использование различных типов брожения и т.п.) и из медицинской практики. Как наука сформировалась в 19 в. К середине 20 в. как самостоятельное направления выделились медицинская биохимия, биохимия растений, биохимия животных и человека, эволюционная биохимия, биохимия микроорганизмов, молекулярная биология и др. Потребности народного хозяйства в получении, хранении и обработке различных видов сырья привели к развитию технической и промышленной биохимии. |
| Мультимедийная энциклопедия |
| наука, которая описывает на языке химии строение и функции живых
организмов. Биохимические концепции находят применение в медицине,
пищевой, фармацевтической и микробиологической промышленности, сельском
хозяйстве, а также в перерабатывающей промышленности, использующей отходы
и побочные продукты сельского хозяйства.
Области исследований. В развитии биохимии можно выделить несколько
этапов и направлений.
Типы органических соединений и их структура. Фундаментальное
значение имело составление перечня органических соединений, обнаруженных в
живых организмах, и установление структуры каждого из них. Этот перечень
включает относительно простые соединения - аминокислоты, сахара и жирные
кислоты, затем более сложные - пигменты (придающие окраску, например,
цветкам), витамины и коферменты (небелковые компоненты ферментов), а
заканчивается гигантскими молекулами белков и нуклеиновых кислот.
Метаболические пути. По-видимому, наиболее значительные успехи в
биохимии связаны с выяснением путей биосинтеза природных соединений из
более простых веществ, т.е. из компонентов пищи у животных и из диоксида
углерода и минеральных веществ (в ходе фотосинтеза) у растений. Биохимикам
удалось подробно изучить основные метаболические пути, обеспечивающие
синтез и расщепление природных соединений у животных, растений и
микроорганизмов (в частности, у бактерий).
Структура и функции макромолекул. Третье направление биохимии
связано с анализом связи между структурой и функцией биологических
макромолекул. Так, биохимики пытаются понять, какие особенности структуры
белковых катализаторов лежат в основе их специфичности, т.е. способности
ускорять строго определенные реакции; как выполняют свои функции сложные
полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и мембран; каким образом
сложные липиды, присутствующие в нервной ткани, участвуют в
функционировании нервных клеток - нейронов.
Функционирование клеток. Еще одна проблема, которой занимаются
биохимики, - раскрытие механизмов функционирования специализированных
клеток. Исследуются, например, следующие вопросы: как происходит
сокращение мышечных клеток, как определенные клетки формируют костную
ткань, каким образом эритроциты переносят кислород от легких к тканям и
забирают из тканей углекислый газ, каков механизм синтеза пигментов в
клетках растений и т.д.
Генетические аспекты. Исследования, начавшиеся в 1940-х годах и
проводившиеся на грибах и бактериях, а затем на высших организмах, включая
человека, показали, что обычно в результате мутации генов в клетках
перестают протекать определенные биохимические реакции. Эти наблюдения
привели к созданию концепции гена как информационной единицы, отвечающей
за синтез специфического белка. Если белок является ферментом, а
кодирующий его ген подвергся мутации (т.е. изменился), то клетка
утрачивает способность осуществлять реакцию, которую этот фермент должен
был бы катализировать.
Ген - это специфический сегмент молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты
(ДНК), который способен реплицироваться (воспроизводить себя) и ответствен
за синтез определенного белка. Многие биохимические исследования
направлены на выяснение деталей репликации нуклеиновых кислот и механизма
синтеза белков, а потому тесно связаны с генетикой. Область исследований,
лежащую в сфере и биохимии и генетики, обычно называют молекулярной
биологией.
Проект "Геном человека" - грандиозный международный проект в области
молекулярной биологии и генетики, в котором принимают участие коллективы
ученых из многих стран. Цель проекта - построить генетические карты 23
хромосом человека с точным указанием положения всех десятков тысяч генов
на этих хромосомах и в конечном итоге определить структуру хромосом, т.е.
последовательность примерно 3 млрд. пар азотистых оснований, из которых
состоит хромосомная ДНК. Эти исследования позволят создать доступную для
всех ученых базу данных, представляющих большую ценность для изучения
генетики человека, а главное - помогут биохимикам раскрыть механизмы
наследственных болезней.
Медицинская биохимия. С каждым годом все большее число болезней
удается связать с теми или иными нарушениями метаболизма. Совместные
усилия биохимиков и врачей позволили раскрыть природу нарушений, лежащих в
основе таких заболеваний, как сахарный диабет и серповидноклеточная
анемия. Более чем в 800 случаях установлена корреляция между нарушениями
метаболизма и генетическими дефектами, в некоторых случаях найдены
способы, которые позволяют смягчить последствия заболевания.
Важную роль в устранении патологических состояний играют и негенетические
факторы. Например, определение солевого состава и кислотно-щелочного
равновесия плазмы крови позволяет избежать шока или обезвоживания при
обширных хирургических вмешательствах, успешно бороться с неукротимой
рвотой, диареей у грудных детей и другими заболеваниями.
См. также:
<<БИОФИЗИКА>>;
<<КЛЕТКА>>;
<<ФЕРМЕНТЫ>>;
<<ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ>>;
<<ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ>>;
<<МЕТАБОЛИЗМ>>;
<<НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ>>;
<<ФОТОСИНТЕЗ>>;
<<БЕЛКИ>>.
ЛИТЕРАТУРА
Страйер Л. Биохимия, тт. 1-3. М., 1985
Ленинджер А. Основы биохимии, тт. 1-3. М., 1985
Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений, тт. 1-2. М., 1986
Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека, тт. 1-2. М.,
1993 |
| Медицинская энциклопедия |
I
Биохимия
биологическая химия — наука о химическом составе живых систем всех уровней организации, о химических процессах, лежащих в основе их развития и деятельности, происходящих в целостном организме, в изолированных органах и тканях, на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Статическая Б. изучает химический состав тканей, динамическая Б. исследует превращения веществ в организме, функциональная Б. нанимается анализом химических процессов, лежащих в основе определенных проявлений жизнедеятельности. В зависимости от объекта исследования выделяют Б. человека (в т.ч. медицинскую биохимию), Б. животных, Б. растений и Б. микроорганизмов. Быстрое развитие Б. и возрастание потребностей в биохимических исследованиях в различных областях науки и хозяйственной деятельности привели к созданию многочисленных отраслей биохимии, в т.ч. технической и промышленной Б. (разрабатывает проблемы рентабельного получения сырья, его обработки и эффективного использования, повышения урожайности культурных растений и др.), Б. гормонов (см. <<Гормоны>>), энзимологии (<<Энзимология>>), эволюционной и сравнительной Б. (изучает закономерности биохимической эволюции различных организмов). Пограничным разделом биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других областей науки является витаминология. На стыке гистологии и биохимии сформировались гистохимия и цитохимия, изучающие локализацию и превращение веществ в клетках и тканях. Развитие исследований, находящихся на грани биохимии и органической химии, привело к созданию биоорганической химии. Самостоятельной областью Б., тесно связанной с биофизикой и физической химией, стала молекулярная биология, одним из ответвлений которой является молекулярная генетика. Современная Б. оказывает существенное влияние на развитие теоретических основ медицины.
Медицинская биохимия изучает механизмы, лежащие в основе процессов жизнедеятельности, протекающих в здоровом организме человека, и особенности их нарушений при патологических состояниях с целью расшифровки биохимических основ патогенеза заболеваний как на молекулярном, так и на более сложном уровне организации живой материи. Она разрабатывает также основы рациональных методов и приемов воздействия на ход определенных биохимических реакций в организме для лечения и предупреждения тех или иных патологических состояний. Важным объектом исследования медицинской Б. являются экспериментальные патологические состояния, моделируемые на лабораторных животных.
Потребности клинической медицины обусловили формирование клинической Б., которая изучает изменения химического состава и обмена веществ в организме человека в динамике течения патологического состояния и их лечения, а также разрабатывает методы биохимического выявления этих изменений в целях диагностики и прогноза эффективности воздействий. Клиническая Б. составляет одну из отраслей лабораторной диагностики. Общая клиническая Б. изучает методологические и методические проблемы исследования нарушений биохимических процессов в организме человека, устанавливает пределы (границы) нормальных величин изучаемых биохимических параметров с учетом условий среды его обитания (климатогеографические, экологические, этнические факторы) и видов трудовой деятельности, выявляет причины ошибок и разрабатывает методы контроля за качеством проведения лабораторно-диагностических биохимических исследований. Частная клиническая Б. исследует особенности расстройств биохимических процессов, а также определяет выбор наиболее информативных методов лабораторно-диагностических биохимических исследований в клиниках внутренних болезней, хирургической, акушерства и гинекологии и др. Клиническая Б. (как и медицинская Б.) особенно тесно связана с фармакологией и патофизиологией.
В биохимии широко применяют электрофорез, различные виды хроматографии (<<Хроматография>>), многочисленные физические (главным образом оптические) методы исследования (флюорометрию, спектрофотометрию, масс-спектрометрию, <<Ядерный магнитный резонанс>>, электронно-парамагнитный резонанс и др.), полярографию, радиоиммунный и иммуноферментный анализ и др. Важными направлениями развития современной клинической Б. являются переход от качественных тестов к специфическим количественным методам, в т.ч. в экспресс-диагностике (см. <<Экспресс-методы>>), от однократного определения уровня того или иного биохимического компонента в биологических жидкостях к динамическому наблюдению за его количественными и качественными изменениями в процессе развития болезни и ее лечения, к функциональным пробам, выявляющим резервы компенсаторных возможностей организма, а также разработка методов выявления скрытых отклонений от нормы, ранних биохимических проявлений заболеваний.
II
Биохимия (Био- + химия)
наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, и химические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности.
Биохимия возрастная — раздел Б., изучающий особенности обменных процессов и химического состава тканей организма в различные возрастные периоды.
Биохимия динамическая — раздел Б., изучающий обмен веществ в организме от момента поступления в него питательных веществ до образования конечных продуктов обмена, механизмы нейтрализации токсических продуктов, выведения их из организма и регуляции скорости соответствующих превращений.
Биохимия клиническая — раздел Б., изучающий изменения химического состава и обмена веществ в жидких средах, органах и тканях при различных патологических состояниях организма; методы Б. к. используются для диагностики заболеваний и оценки эффективности их лечения.
Биохимия радиационная — раздел Б., изучающий изменения обмена веществ, возникающие в организме в результате действия на него ионизирующих излучений.
Биохимия функциональная — раздел Б., изучающий химические превращения, лежащие в основе функций органов, тканей и организма в целом. |
| Идеографический словарь |
^ химия
^ биологический
биохимия - биологическая химия; химические вещества и процессы в организмах.
гистохимия.
макроэлементы - элементы, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах.
ксенобиотик - чуждое для организма вещество.
v биохимические процессы в растениях, БИОХИМИЯ
см. органическая реакция |
| Орфографический словарь Лопатина |
| биох`имия, биох`имия, -и |
| Толковый словарь Ефремовой |
[биохимия]
ж.
1)
а) Научная дисциплина, изучающая химический состав живой материи, свойственные ей химические процессы.
б) Учебный предмет, содержащий теоретические основы данной научной дисциплины.
в) разг. Учебник, излагающий содержание данного учебного предмета.
2) Химические процессы, характерные для того или иного рода живой материи, как предмет изучения данной научной дисциплины. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| БИОХИМИЯ, наука о химии живых организмов. Использует методы органической и физической химии для исследования процессов жизни. Биохимики изучают как структуру и свойства всех компонентов живой материи (ЖИРЫ, БЕЛКИ, энзимы, ГОРМОНЫ, ВИТАМИНЫ, ДНК, КЛЕТКИ, мембраны и ОРГАНЫ), так и сложные реакции и взаимодействия их в ходе МЕТАБОЛИЗМА. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: БИОХИМИЯ
будет выглядеть так: Что такое БИОХИМИЯ
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
