Увод в биохимията

Oct/13/2020

Увод в биохимията

Биохимията е сравнително млада наука. Тя възниква през втората половина на 19 век въз основа на развитието на основните науки на природознанието - физиката, химията и биологията. По време вече получава признание доктрината на Чарлза Дарвин за непрекъснатата биологична еволюция, Грегор Мендел открива генетичните закони за наследствеността, Клод Бернар установява постоянството на химичния състав ба живия организъм, Луи Пастьор разкрива инфекциозната природа на много болести, микробиологията започва своето развитие, броят на изолираните от живите организми органични веществв непрекъснато се увеличава, органичната химия и физико-химията постигат забележителни успехи, формулират се основните закони на термодинамиката и така нататък.

Емил Фишер поставя началото на редица насоки в изследванията на съвременната биохимия. Той изследва структурата на въглехидратите, начините за отделяне на аминокиселините от хидролизатите на белтъчните вещества, оптичните конфигурации на въглехидратите и аминокиселините, специфичното действие на ензимите, взаимните връзки между топографията на макромолемулите и явлението живот.

Наименованието биохимия е въведено от Карл Нойберг (1903 г). Съвременната биохимия представлява широко научно направление, в което се включва изучаването на химичните основи на жизнената дейност. Биохимията е химия на живота във всичките му форми на проявление, област от физико-химичната биология, свързана с изучаването на метаболизма на веществата в живия организъм и на начините за тяхното регулиране и енергийно осигуряване.

Непрекъснато ускоряващото се развитие на биохимичните изследвания се обуславя от нуждата за усъвършенствуване на селскостопанското производство, за подобряване на храненето на човека, животните и растенията и за лекуването на болестите им.

Бурното развитие на биохимията доведе до установяване на структурата на редица белтъчни вещества и нуклеинови киселини, до разкриване механизма на протичане на ензимните каталитични процеси, до изучаване различните аспекти на процесите на синтеза на нуклеиновите киселини и белтъчните вещества и на генетичното значение и роля на измененията на тези процеси, които причиняват болестно състояние на организма, до разкриване на някои от механизмите за регулиране на метаболизма на веществата в живия организъм и на основните зкономерности в биоенергетиката, до установяване строежа и ролята на различните клетъчни мембрани и органели и така нататък. Следователно биохимията е основата, върху която се градят нашите представи за химичните и енергийните процеси в живия организъм, за живота, за неговата поразителна целесъобразност и за единството на управляващите го закони. Биохимията не само че не е изолирана област от науката, но е станала спойващата връзка между отделните раздели на биологията и основа за разбиране на различните аспекти на биологичните и медицинските науки. За една от главните задачи на биохимията се смята изясняването на взаимните връзки между молекулната структура на веществата и биологичната им функция в живите организми.

За да се разберат химичните основи на живота, биохимията изучава от кои съединения са изградени живите организми. В тях непрекъснато се откриват все нови вещества. Установено е значително сходство в качествения състав на повечето организми. Различията в състава на тъканите и органите на един и същ организъм са качествени и количествени. Те обусляват различия във функциите и в относителните скорости на осъществяване на сходни реакции, процеси или функции.

След като се установи, че главните класове химични вещества, изграждащи живите организми, са полизахаридите, липидите, белтъчните вещества и нуклеиновите киселини и че повечето от тях се характеризират с голяма молекулна маса (от 10 000 до над 100 000 000 атомни единици - далтони), възниква необходимостта да се установи строежът на тези макромолекули. Важността на задачата личи от факта, че способността на тези молекули да осъществяват биологични функции се обуславя освен от състава им още и от тяхната пространствена структура. За целта са разработени подходящи физични, химични и физико-химични методи за изолиране, пречистване и определяне на основните структурни характеристики на тези вещества. Такива методи са ултрацентрофугирането, хроматографските методи, електрофорезата, спектрофотометрите, спектрополяриметрията и други. Чрез рентгеноструктурните методи бяха построени подробни пространствени модели на някои белтъчни вещества и нуклеинови киселини. Изучаването на структурата на тези макромолекули създаде основата за разбиране механизма на каталитичното действие на ензимите, за разкриване на структурните основи на генетичните ефекти и на финия строеж на живите клетки.

Въпросът за начина, по който ензимите осъществяват каталитичната си функция, е един от централните в биохимията. Самото понятие ензим е въведено от Кюне. Специфичността на ензимното действие е установено от Е. Фишер, а основните закономерности на ензимната катализа - от Михаелис. Изолирани са вече стотици ензими, много от които са получени в кристално състояние. Всеки ензим представлява уникално и индивидуално белтъчно вещество. Сега подробно се изследват явленията, които протичат при ензимната катализа, и тяхната обусловеност от структурата на ензимната белтъчна молекула.

За биохимичното изучаване на жизнената дейност на клетката е необходимо да се познава нейната структура. Чрез светлинния микроскоп бяха установени основните черти на клетъчната топография, а с електронната микроскопия - фината структура на клетката. С ултрацентрофуга може да се отделят концентрирани препарати от всяка една от клетъчните субструктури, освободени от останалите клетъчни компоненти. Установи е, че за всеки един от тези препарати са присъщи някои от характерните функции на клетката. Например генетичният контрол и клетъчната дупликация са присъщи за клетъчното ядро, белтъчната синтеза - за рибозомите, образуването на аденозинтрифосфат (АТР) - за митохондриите и така нататък. Цитоплазменият разтвор съдържа многобройни ензими, които катализират различни метаболитни разтвори.

При изучаване потребностите на бактериите от хранителни вещества бяха разработени ефективни опитни методи, които влияят върху всички аспекти на биохимичните изследвания. Например за разшифроване на някои метаболитни пътища, както и за изясняване на много генетични механизми, успешно се използува обстоятелството, че някое съединение е незаменим компонент в храната на даден организъм, който не може да го синтезира, но се нуждае от него за нормалното си равитие.

Необходимите вещества за изхранване на човека са вече напълно установени. Причината за непълноценното изхранване на значителна част от населението на Земята се дължи на ниското равнище на производство на храни и особено на непропорционалното им разпределение, но не и на непълните сведения за необходимите вещества в храната на човека.

Значителен интерес в биохимията представляват многобройните реакции на метаболизма на веществата в организма. Тези реакции изграждат сложна и преплетена мрежа от метаболитни пътища. За изучаване на тези процеси успешно се използуват хроматографски методи, методи с радиоактивни изотопи и други. Основните метаболитни пътища са вече изучени, но все още продължават проучванията на редица звена от метаболизма на веществата в живия организъм.

Особено важен за биохимията е въпросът за начина, по който абсорбираната от зелените растения слънчева енергия се използува при фотосинтезата, както и за начина на използване на енергията, която се освобождава при окисляването на хранителните вещества за осъществяване на различните биосинтези и други процеси в живия организъм. Простата аналогия между животинския организъм, "изгаря" хранителните вещества, и топлинната машина, изгаряща горивото, е неприемлива, понеже при постоянна температура на топлината енергия не може да се използва за извършване на работа. В живия организъм процесите на окисляване на хранителните вещества се свързват със систезата на денозинтрифосфат и със следващото използване на енергията, акумулирана в него за осъществяване на ендотермични процеси.

Важна задача на биохимията е разкриването на химичните основи на наследствеността и на еволюцията на живите организми. Тъй като жизнената дейност на клетката, нейната форма, организация и функции се обуславят най-вече от белтъчния й състав, генетичната й информация трябва да се отнася за синтезата на нейните белтъчни вещества. Оказа се, че тази информация е закодирана в структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК). От ядрото, където се намира ДНК, тази информация се предава на рибозомите, където се синтезират белтъчните вещества. При деленето на клетката точно се възпроизвеждат молекулите на ДНК и тази информация се разпределя по равно между дъщерните клетки. Всяко изменение в химичния състав на ДНК се проявява във вид на мутации в следващите поколения.

Във връзка със задачата за разкриване на молекулните основи на болестите биохимията постигна забележителни успехи. След разкриването на молекулните аспекти на етиологията и патогенезата на болестите, обусловени от витаминната недостатъчност, както и от хормоналните нарушения, бяха установени и голям брой (над 1500) нарушения на метаболизма, имащи генетична природа. Непрекъснато се установяват все нови нарушения.

Сравнително по-нова задача на биохимията е да се разкрият химичните аспекти на регулирането на многобройните ензимокаталитични реакции, които протичат в живата клетка. Установени са някои от общите принципи на регулиране на химичните процеси в клетката, въз основа на които продължават изследванията на специфичните механизми за регулиране на конкретни ензимокаталитични процеси в даден вид клетки.

Разкриването на молекулните механизми на диференцияцията на клетките при развитието на дадена зародишна клетка, както и на молекулните механизми, по които дадена клетка "разпознава" другите клетки - "свои" и "чужди", също е сравнително по-нова задача за биохимията. Изследванията в тази насока имат много голямо значение и са свързани както с имунния отговор на организма спрямо чужди агенти, проникнали в него, така и с борбата на организма със собствените му патогенни ракови клетки.

Химичното разглеждане и обясняване на "поведението" на даден жив организъм засега се очертава като по-далечна задача на биохимията. Биохимиците разглеждат човешката умствена дейност като израз и резултат на химичния състав, строеж и структура на молекулите, зграждащи клетките на мозъка, и на метаболизма в него. Изучаването на механизмите на елементарните химични реакции, обуславящи умствената дейност на Homo sapiens, засега е далечна задача за биохимията.

Въпреки че в този кратк увод не са разгледани и дори не са споменати всичките разнообразни задачи на биохимията, ясно е, че с развитието на тази нака и с усъвършенстването на експерименталните й методи непрекъснато се разширяват и задълбочават нейните задачи.

Коментари

Тази статия все още няма коментари

Остави коментар

Категории за статии

Статии

Статии

Увод в биохимията

Увод в биохимията

Биохимията е сравнително млада наука. Тя възниква през втората половина на 19 век въз основа на развитието на основните науки на природознанието - физикат Биохимията е сравнително млада наука. Тя възниква през втората половина на 19 век въз основа на развитието на основните науки на природознанието - физикат 2020-10-13T10:47:12+03:00 Увод в биохимията

<div class="c-blog-article__contents s-html-editor"> <p>Биохимията е сравнително млада наука. Тя възниква през втората половина на 19 век въз основа на развитието на основните науки на природознанието - физиката, химията и биологията. По време вече получава признание доктрината на Чарлза Дарвин за непрекъснатата биологична еволюция, Грегор Мендел открива генетичните закони за наследствеността, Клод Бернар установява постоянството на химичния състав ба живия организъм, Луи Пастьор разкрива инфекциозната природа на много болести, микробиологията започва своето развитие, броят на изолираните от живите организми органични веществв непрекъснато се увеличава, органичната химия и физико-химията постигат забележителни успехи, формулират се основните закони на термодинамиката и така нататък.</p> <p>Емил Фишер поставя началото на редица насоки в изследванията на съвременната биохимия. Той изследва структурата на въглехидратите, начините за отделяне на аминокиселините от хидролизатите на белтъчните вещества, оптичните конфигурации на въглехидратите и аминокиселините, специфичното действие на ензимите, взаимните връзки между топографията на макромолемулите и явлението живот.</p> <p>Наименованието биохимия е въведено от Карл Нойберг (1903 г). Съвременната биохимия представлява широко научно направление, в което се включва изучаването на химичните основи на жизнената дейност. Биохимията е химия на живота във всичките му форми на проявление, област от физико-химичната биология, свързана с изучаването на метаболизма на веществата в живия организъм и на начините за тяхното регулиране и енергийно осигуряване.</p> <p>Непрекъснато ускоряващото се развитие на биохимичните изследвания се обуславя от нуждата за усъвършенствуване на селскостопанското производство, за подобряване на храненето на човека, животните и растенията и за лекуването на болестите им.</p> <p>Бурното развитие на биохимията доведе до установяване на структурата на редица белтъчни вещества и нуклеинови киселини, до разкриване механизма на протичане на ензимните каталитични процеси, до изучаване различните аспекти на процесите на синтеза на нуклеиновите киселини и белтъчните вещества и на генетичното значение и роля на измененията на тези процеси, които причиняват болестно състояние на организма, до разкриване на някои от механизмите за регулиране на метаболизма на веществата в живия организъм и на основните зкономерности в биоенергетиката, до установяване строежа и ролята на различните клетъчни мембрани и органели и така нататък. Следователно биохимията е основата, върху която се градят нашите представи за химичните и енергийните процеси в живия организъм, за живота, за неговата поразителна целесъобразност и за единството на управляващите го закони. Биохимията не само че не е изолирана област от науката, но е станала спойващата връзка между отделните раздели на биологията и основа за разбиране на различните аспекти на биологичните и медицинските науки. За една от главните задачи на биохимията се смята изясняването на взаимните връзки между молекулната структура на веществата и биологичната им функция в живите организми.</p> <p>За да се разберат химичните основи на живота, биохимията изучава от кои съединения са изградени живите организми. В тях непрекъснато се откриват все нови вещества. Установено е значително сходство в качествения състав на повечето организми. Различията в състава на тъканите и органите на един и същ организъм са качествени и количествени. Те обусляват различия във функциите и в относителните скорости на осъществяване на сходни реакции, процеси или функции.</p> <p>След като се установи, че главните класове химични вещества, изграждащи живите организми, са полизахаридите, липидите, белтъчните вещества и нуклеиновите киселини и че повечето от тях се характеризират с голяма молекулна маса (от 10 000 до над 100 000 000 атомни единици - далтони), възниква необходимостта да се установи строежът на тези макромолекули. Важността на задачата личи от факта, че способността на тези молекули да осъществяват биологични функции се обуславя освен от състава им още и от тяхната пространствена структура. За целта са разработени подходящи физични, химични и физико-химични методи за изолиране, пречистване и определяне на основните структурни характеристики на тези вещества. Такива методи са ултрацентрофугирането, хроматографските методи, електрофорезата, спектрофотометрите, спектрополяриметрията и други. Чрез рентгеноструктурните методи бяха построени подробни пространствени модели на някои белтъчни вещества и нуклеинови киселини. Изучаването на структурата на тези макромолекули създаде основата за разбиране механизма на каталитичното действие на ензимите, за разкриване на структурните основи на генетичните ефекти и на финия строеж на живите клетки.</p> <p>Въпросът за начина, по който ензимите осъществяват каталитичната си функция, е един от централните в биохимията. Самото понятие ензим е въведено от Кюне. Специфичността на ензимното действие е установено от Е. Фишер, а основните закономерности на ензимната катализа - от Михаелис. Изолирани са вече стотици ензими, много от които са получени в кристално състояние. Всеки ензим представлява уникално и индивидуално белтъчно вещество. Сега подробно се изследват явленията, които протичат при ензимната катализа, и тяхната обусловеност от структурата на ензимната белтъчна молекула.</p> <p>За биохимичното изучаване на жизнената дейност на клетката е необходимо да се познава нейната структура. Чрез светлинния микроскоп бяха установени основните черти на клетъчната топография, а с електронната микроскопия - фината структура на клетката. С ултрацентрофуга може да се отделят концентрирани препарати от всяка една от клетъчните субструктури, освободени от останалите клетъчни компоненти. Установи е, че за всеки един от тези препарати са присъщи някои от характерните функции на клетката. Например генетичният контрол и клетъчната дупликация са присъщи за клетъчното ядро, белтъчната синтеза - за рибозомите, образуването на аденозинтрифосфат (АТР) - за митохондриите и така нататък. Цитоплазменият разтвор съдържа многобройни ензими, които катализират различни метаболитни разтвори.</p> <p>При изучаване потребностите на бактериите от хранителни вещества бяха разработени ефективни опитни методи, които влияят върху всички аспекти на биохимичните изследвания. Например за разшифроване на някои метаболитни пътища, както и за изясняване на много генетични механизми, успешно се използува обстоятелството, че някое съединение е незаменим компонент в храната на даден организъм, който не може да го синтезира, но се нуждае от него за нормалното си равитие.</p> <p>Необходимите вещества за изхранване на човека са вече напълно установени. Причината за непълноценното изхранване на значителна част от населението на Земята се дължи на ниското равнище на производство на храни и особено на непропорционалното им разпределение, но не и на непълните сведения за необходимите вещества в храната на човека.</p> <p>Значителен интерес в биохимията представляват многобройните реакции на метаболизма на веществата в организма. Тези реакции изграждат сложна и преплетена мрежа от метаболитни пътища. За изучаване на тези процеси успешно се използуват хроматографски методи, методи с радиоактивни изотопи и други. Основните метаболитни пътища са вече изучени, но все още продължават проучванията на редица звена от метаболизма на веществата в живия организъм.</p> <p>Особено важен за биохимията е въпросът за начина, по който абсорбираната от зелените растения слънчева енергия се използува при фотосинтезата, както и за начина на използване на енергията, която се освобождава при окисляването на хранителните вещества за осъществяване на различните биосинтези и други процеси в живия организъм. Простата аналогия между животинския организъм, "изгаря" хранителните вещества, и топлинната машина, изгаряща горивото, е неприемлива, понеже при постоянна температура на топлината енергия не може да се използва за извършване на работа. В живия организъм процесите на окисляване на хранителните вещества се свързват със систезата на денозинтрифосфат и със следващото използване на енергията, акумулирана в него за осъществяване на ендотермични процеси.</p> <p>Важна задача на биохимията е разкриването на химичните основи на наследствеността и на еволюцията на живите организми. Тъй като жизнената дейност на клетката, нейната форма, организация и функции се обуславят най-вече от белтъчния й състав, генетичната й информация трябва да се отнася за синтезата на нейните белтъчни вещества. Оказа се, че тази информация е закодирана в структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК). От ядрото, където се намира ДНК, тази информация се предава на рибозомите, където се синтезират белтъчните вещества. При деленето на клетката точно се възпроизвеждат молекулите на ДНК и тази информация се разпределя по равно между дъщерните клетки. Всяко изменение в химичния състав на ДНК се проявява във вид на мутации в следващите поколения.</p> <p>Във връзка със задачата за разкриване на молекулните основи на болестите биохимията постигна забележителни успехи. След разкриването на молекулните аспекти на етиологията и патогенезата на болестите, обусловени от витаминната недостатъчност, както и от хормоналните нарушения, бяха установени и голям брой (над 1500) нарушения на метаболизма, имащи генетична природа. Непрекъснато се установяват все нови нарушения.</p> <p>Сравнително по-нова задача на биохимията е да се разкрият химичните аспекти на регулирането на многобройните ензимокаталитични реакции, които протичат в живата клетка. Установени са някои от общите принципи на регулиране на химичните процеси в клетката, въз основа на които продължават изследванията на специфичните механизми за регулиране на конкретни ензимокаталитични процеси в даден вид клетки.</p> <p>Разкриването на молекулните механизми на диференцияцията на клетките при развитието на дадена зародишна клетка, както и на молекулните механизми, по които дадена клетка "разпознава" другите клетки - "свои" и "чужди", също е сравнително по-нова задача за биохимията. Изследванията в тази насока имат много голямо значение и са свързани както с имунния отговор на организма спрямо чужди агенти, проникнали в него, така и с борбата на организма със собствените му патогенни ракови клетки.</p> <p>Химичното разглеждане и обясняване на "поведението" на даден жив организъм засега се очертава като по-далечна задача на биохимията. Биохимиците разглеждат човешката умствена дейност като израз и резултат на химичния състав, строеж и структура на молекулите, зграждащи клетките на мозъка, и на метаболизма в него. Изучаването на механизмите на елементарните химични реакции, обуславящи умствената дейност на Homo sapiens, засега е далечна задача за биохимията.</p> <p>Въпреки че в този кратк увод не са разгледани и дори не са споменати всичките разнообразни задачи на биохимията, ясно е, че с развитието на тази нака и с усъвършенстването на експерименталните й методи непрекъснато се разширяват и задълбочават нейните задачи.</p> </div>

Сравнение на продукти