У цій статті ми відповімо на питання, що таке біохімія. Тут ми розглянемо визначення цієї науки, її історію і методи дослідження, приділимо увагу деяким процесів і визначимо її розділи.
Введення
Щоб відповісти на питання про те, що таке біохімія, досить сказати, що це наука, присвячена хімічному складу і процесів, які відбуваються всередині живої клітини організму. Однак вона має безліч складових, дізнавшись які, можна більш конкретизовано скласти уявлення про неї.
У деяких тимчасових епізодах XIX століття термінологічна одиниця «біохімія» вперше стала використовуватися. Однак була введена в наукові кола лише в 1903 році хіміком з Німеччини Карлом Нейбергом. Ця наука займає проміжну позицію між біологією і хімією.
Історичні факти
Відповісти на питання чітко, що таке біохімія, людство змогло лише близько ста років тому. Незважаючи на те, що суспільство використовувало біохімічні процеси і реакції ще в далекій давнині, воно не підозрювало про наявність їх справжньої суті.
Одними з найбільш віддалених прикладів може служити виготовлення хліба, виноробство, сироваріння і т. д. Ряд питань про цілющі властивості рослин, проблем зі здоров’ям і т. п. змусив людини вникнути в їх основу і природу діяльності.
Розвиток загального набору напрямків, які в кінцевому результаті привели до створення біохімії, спостерігається вже в стародавні часи. Вчений-лікар з Персії в десятому столітті написав книгу про канони лікарської науки, де зміг докладно викласти опис різних лікарських речовин. У XVII столітті ван Гельмонт запропонував термін «ферменту» як одиниці реагенту хімічної природи, що бере участь в травних процесах.
У XVIII столітті, завдяки роботам А. Л. Лавуазьє і М. в. Ломоносова, був виведений закон збереження маси речовини. Наприкінці того ж століття було визначено значення кисню в процесі дихання.
У 1827 році наука дозволила створити поділ молекул біологічної природи на з’єднання жирів, білків і вуглеводів. Цими термінами користуються досі. Роком пізніше в роботі Ф. Велера було доведено, що речовини живих систем можуть синтезуватися штучними способами. Ще однією важливою подією було виготовлення і складання теорії будови органічних сполук.
Основи біохімії формувалися багато сотень років, але прийняли чітке визначення в 1903 році. Ця наука стала першою дисципліною з розряду біологічних, яка володіла власною системою математичних аналізів.
Через 25 років, в 1928 році, Ф. Гріффіт провів експеримент, метою якого було дослідження механізму трансформації. Вчений заражав мишей пневмококами. Він вбивав бактерії одного штаму і додавав їх до бактерій іншого. Дослідження показало, що процес очищення хвороботворних агентів привів до утворення нуклеїнової кислоти, а не білка. Перелік відкриттів поповнюється, і в даний час.
Наявність суміжних дисциплін
Біохімія – це окрема наука, однак її створенню передував активний процес розвитку органічного розділу хімії. Головна відмінність полягає в об’єктах дослідження. У біохімії розглядаються тільки ті речовини або процеси, які можуть протікати в умовах живих організмів, а не за їх межами.
В кінцевому підсумку біохімія включила поняття молекулярної біології. Відрізняються вони між собою переважно методами дій і предметів, які вони вивчають. В даний час термінологічні одиниці «біохімія» та «молекулярна біологія» стали використовуватися в якості синонімів.
Наявність розділів
На сьогоднішній день біохімія включає в себе ряд дослідницьких напрямів, серед яких:
-
Розділ статичної біохімії – наука про хімічний склад живих істот, структур та молекулярному різноманітності, функцій і т. д.
-
Існує ряд розділів, що вивчає біологічні полімери білкових, ліпідних, вуглеводних, амінокислотних молекул, а також нуклеїнові кислоти і сам нуклеотид.
-
Біохімія вивчає вітаміни, їх роль і форму впливу на організм, можливі порушення в процесах життєдіяльності при нестачі або надмірній кількості.
-
Гормональна біохімія – наука, що вивчає гормони, їх біологічний ефект, причини нестачі або надлишку.
-
Наука про обмін речовин і його механізми – динамічний розділ біохімії (включає в себе біоенергетику).
-
Дослідження молекулярної біології.
-
Функціональна складова біохімії вивчає явище хімічних перетворень, що відповідають за функціональність всіх компонентів організму, починаючи з тканин, а закінчуючи всім тілом.
-
Медична біохімія – розділ про закономірності обміну речовин між структурами організму під впливом захворювань.
Також існують відгалуження біохімії мікроорганізмів, людини, тварин, рослин, крові, тканин і т. д.
Засоби дослідження і рішення проблем
Методи біохімії ґрунтуються на фракціонуванні, аналізі, детальному вивченні та розгляді структури як окремого компонента, так і цілого організму або його речовини. Більшість з них формувалися протягом XX століття, а саму широку популярність отримала хроматографія – процес центрифугування і електрофорез.
В кінці XX століття біохімічні методи почали все частіше й частіше знаходити своє застосування в молекулярних і клітинних розділах біології. Була визначена структура всього геному людської ДНК. Це відкриття дало можливість довідатися про існування величезного ряду речовин, зокрема різних білків, які не виявлялися при очищенні біомаси, у зв’язку з їх надзвичайно малим вмістом в речовині.
Геноміка поставила під сумнів величезна кількість біохімічних знань і зумовила розвиток змін в її методології. З’явилося поняття віртуального комп’ютерного моделювання.
Хімічна складова
Фізіологія та біохімія тісно пов’язані між собою. Це пояснюється залежністю норми протікання всіх фізіологічних процесів з вмістом різного ряду хімічних елементів.
У природі можна зустріти 90 компонентів періодичної таблиці хімічних елементів, але для життя необхідно близько чверті. У багатьох рідкісних компонентах наш організм зовсім не потребує.
Різне положення таксону в ієрархічній таблиці живих істот обумовлює різну потребу в наявності тих чи інших елементів.
99 % людської маси складається з шести елементів (С, Н, N, O, F, Ca). Крім основної кількості даних видів атомів, що утворюють речовини, нам необхідно ще 19 елементів, але в малих або мікроскопічних об’ємах. Серед них є: Zn, Ni, Ma, K, Cl, Na та інші.
Біомолекула білка
Головні молекули, вивченням яких займається біохімія, відносяться до вуглеводів, білків, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також увагу цієї науки зосереджено на їх гібриди.
Білки – сполуки, що володіють великими розмірами. Вони утворюються за допомогою зв’язування ланцюжків з мономерів – амінокислот. Велика частина живих істот отримує білки за допомогою синтезу двадцяти видів цих сполук.
Ці мономери відрізняються між собою структурою радикальної групи, яка відіграє величезну роль у процесі згортання білка. Мета цього процесу полягає в утворенні тривимірної структури. З’єднуються між собою амінокислоти за допомогою утворення пептидних зв’язків.
Відповідаючи на питання про те, що таке біохімія, не можна не згадати такі складні і багатофункціональні біологічні макромолекули, як білки. Вони мають більше завдань, ніж полісахариди або нуклеїнові кислоти, які необхідно виконати.
Деякі білки представлені ферментами і займаються каталізом різних реакції біохімічної природи, що дуже важливо для обміну речовин. Інші білкові молекули можуть виконувати роль сигнальних механізмів, утворювати цитоскелеты, брати участь в імунному захисті і т. д.
Деякі види білків здатні утворювати небелковые биомолекулярные комплекси. Речовини, утворені шляхом злиття білків з олігосахаридами, дозволяють існувати таким молекул, як глікопротеїни, а взаємодія з ліпідами призводить до появи ліпопротеїнів.
Молекула нуклеїнової кислоти
Нуклеїнові кислоти представлені комплексами макромолекул, що складаються з полинуклеотидного набору ланцюжків. Їх головне функціональне призначення полягає в кодуванні спадкової інформації. Синтез нуклеиновый кислоти відбувається завдяки наявності мононуклеозидтрифосфатных макроэнергетических молекул (АТФ, ТТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).
Найбільш широко поширені представники таких кислот – це ДНК і РНК. Ці структурні елементи перебувають у складі кожної живої клітини, від археи, до еукаріотів, і навіть віруси.
Молекула ліпіду
Ліпіди – це молекулярні речовини, складені гліцерином, до яких за допомогою складно-ефірних зв’язків прикріплюються жирні кислоти (від 1 до 3). Такі речовини ділять на групи у відповідності з довжиною вуглеводневої ланцюга, а також звертають увагу на насиченість. Біохімія води не дозволяє їй розчиняти в собі сполуки ліпідів (жирів). Як правило, такі речовини розчиняються в полярних розчинах.
Основні завдання ліпідів полягають у забезпеченні організму енергією. Деякі входять до складу гормонів, можуть виконувати сигнальну функцію або переносити ліпофільні молекули.
Молекула вуглеводу
Вуглеводи – це біополімери, утворені шляхом з’єднання мономерів, які в даному випадку представлені моносахаридами, такими як, наприклад, глюкоза або фруктоза. Вивчення біохімії рослин дозволило визначити, що основна частина вуглеводів міститься саме в них.
Своє застосування ці біополімери знаходять у структурної функції та надання енергетичних ресурсів організму або клітини. У рослинних організмів головним запасаючих речовиною служить крохмаль, а у тварин – глікоген.
Протягом циклу Кребса
Існує в біохімії цикл Кребса – явище, в ході якого переважна кількість эукариотических організмів отримують більшу частину енергії, що витрачається на процеси окислення їжі, що поглинається.
Спостерігати його можна усередині клітинних мітохондрій. Утворюється за допомогою декількох реакцій, в ході яких вивільняються запаси «захованої» енергії.
У біохімії цикл Кребса – це важливий фрагмент загального дихального процесу та речовинного обміну всередині клітин. Цикл був відкритий і вивчений Х. Кребсом. За цей вчений одержав Нобелівську премію.
Даний процес також називають системою для перенесення електронів. Це пов’язано з супутнім переходом АТФ до АДФ. Перше з’єднання, в свою чергу, займається забезпеченням метаболічних реакцій за допомогою виділення енергії.
Біохімія та медицина
Біохімія медицини представлена нам у вигляді науки, що охоплює безліч областей біологічних і хімічних процесів. В даний час існує ціла галузь в освіті, яка готує фахівців для даних досліджень.
Тут вивчають все живе: від бактерії чи вірусу до людського організму. Наявність спеціальності біохіміка дає суб’єкту можливість стежити за постановкою діагнозу і аналізувати лікування, застосовне до індивідуальної одиниці, робити висновки і т. д.
Щоб підготувати висококваліфікованого експерта в цій галузі, потрібно навчити його природничих наук, медичним основ і біотехнологічним дисциплін, проводять безліч тестів по біохімії. Також студенту дають можливість практично застосовувати свої знання.
вузи біохімії в даний час набувають все більшої популярності, що обумовлено швидким розвитком цієї науки, її важливістю для людини, затребуваністю і т. д.
Серед найвідоміших навчальних закладів, де готують фахівців цієї галузі науки, найпопулярніші і значущі: МДУ їм. Ломоносова, ПДПУ ім. Бєлінського, МДУ їм. Огарьова, Казанський і Красноярський державні університети та інші.
Перелік документів, необхідних для вступу в такі вузи не відрізняється від списку для зарахування до інших вищих навчальних закладів. Біологія і хімія є основними предметами, які необхідно складати при вступі.
