Mit jelent a biokémia? Néhány kilátás a biokémia fejlődésére

A biokémia egy egész tudomány, amely egyrészt a sejtek és szervezetek kémiai összetételét, másrészt az élettevékenységük hátterében álló kémiai folyamatokat vizsgálja. A kifejezést 1903-ban egy Karl Neuberg nevű német kémikus vezette be a tudományos közösségbe.

Maguk a biokémia folyamatai azonban már ősidők óta ismertek. És ezen eljárások alapján kenyeret és sajtot sütöttek, bort és cserzett állatbőrt készítettek, gyógynövényekkel, majd gyógyszerekkel kezelték a betegségeket. És mindennek az alapja éppen a biokémiai folyamatok.

Például anélkül, hogy magáról a tudományról tudott volna, Avicenna arab tudós és orvos, aki a 10. században élt, számos gyógyászati ​​anyagot és azok szervezetre gyakorolt ​​hatását leírta. Leonardo da Vinci pedig arra a következtetésre jutott, hogy élő szervezet csak olyan légkörben élhet, amelyben láng éghet.

Mint minden más tudománynak, a biokémiának is megvannak a maga kutatási és tanulmányi módszerei. És ezek közül a legfontosabb a kromatográfia, a centrifugálás és az elektroforézis.

A biokémia ma olyan tudomány, amely nagyot ugrott a fejlődésében. Például ismertté vált, hogy a Föld összes kémiai elemének valamivel több, mint negyede van jelen az emberi szervezetben. A ritka elemek többsége pedig – a jód és a szelén kivételével – teljesen szükségtelen az ember számára az élet fenntartásához. Két általános elemet, például alumíniumot és titánt azonban még nem találtak az emberi szervezetben. És egyszerűen lehetetlen megtalálni őket - nincs rájuk szükség az életben. És ezek közül csak 6 van, amire az embernek minden nap szüksége van, és ezekből áll testünk 99%-a. Ezek a szén, a hidrogén, a nitrogén, az oxigén, a kalcium és a foszfor.

A biokémia olyan tudomány, amely az élelmiszerek olyan fontos összetevőit vizsgálja, mint a fehérjék, zsírok, szénhidrátok és nukleinsavak. Ma már szinte mindent tudunk ezekről az anyagokról.

Vannak, akik összekevernek két tudományt – a biokémiát és a szerves kémiát. A biokémia azonban olyan tudomány, amely olyan biológiai folyamatokat vizsgál, amelyek csak élő szervezetben fordulnak elő. A szerves kémia azonban olyan tudomány, amely bizonyos szénvegyületeket vizsgál, ezek közé tartoznak az alkoholok, éterek, aldehidek és sok-sok más vegyület.

A biokémia a citológiát is magában foglaló tudomány, vagyis egy élő sejt, szerkezetének, működésének, szaporodásának, öregedésének és halálának vizsgálata. A biokémia ezen ágát gyakran molekuláris biológiának nevezik.

A molekuláris biológia azonban általában nukleinsavakkal működik, de a biokémikusokat jobban érdeklik a fehérjék és enzimek, amelyek bizonyos biokémiai reakciókat váltanak ki.

Napjainkban a biokémia egyre inkább felhasználja a géntechnológia és a biotechnológia fejlesztéseit. Önmagukban azonban ezek is különböző tudományok, amelyek mindegyike a sajátját tanulmányozza. Például a biotechnológia a sejtek klónozásának módszereit tanulmányozza, a géntechnológia pedig arra törekszik, hogy megtalálja a módját annak, hogy az emberi szervezetben lévő beteg gént egészségesre cseréljék, és ezáltal elkerüljék számos örökletes betegség kialakulását.

Mindezek a tudományok pedig szorosan összefüggenek egymással, ami segíti fejlődésüket és az emberiség javára való munkájukat.

A biokémia olyan tudomány, amely az élő sejtekben és szervezetekben előforduló különböző molekulák, kémiai reakciók és folyamatok tanulmányozásával foglalkozik. A biokémia alapos ismerete feltétlenül szükséges az orvosbiológiai tudományok két fő területének sikeres fejlődéséhez: 1) az emberi egészség megőrzésével kapcsolatos problémák megoldása; 2) a különböző betegségek okainak feltárása és a hatékony kezelési módok megtalálása.

BIOKÉMIA ÉS EGÉSZSÉGÜGY

Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) meghatározása szerint az egészség „a teljes fizikai, mentális és szociális jólét állapota, amely nem csupán a betegség vagy fogyatékosság hiánya”. Szigorúan biokémiai szempontból egy szervezet akkor tekinthető egészségesnek, ha a sejten belül és az extracelluláris környezetben sok ezer reakció megy végbe olyan körülmények között és olyan sebességgel, amely biztosítja a szervezet maximális életképességét, és fenntartja a fiziológiailag normális (nem kóros). ) állapot.

BIOKÉMIA, TÁPLÁLKOZÁS, MEGELŐZÉS ÉS KEZELÉS

Az egészség megőrzésének egyik fő feltétele az optimális, számos vegyszert tartalmazó étrend; a legfontosabbak a vitaminok, néhány aminosav, néhány zsírsav, különféle ásványi anyagok és a víz. Mindezek az anyagok valamilyen szempontból érdekesek mind a biokémia, mind a racionális táplálkozás tudománya szempontjából. Ezért szoros kapcsolat van e két tudomány között. Emellett arra lehet számítani, hogy az emelkedő egészségügyi árak megfékezésére tett erőfeszítések során nagyobb hangsúlyt kap az egészség megőrzése és a betegségek megelőzése, i. megelőző gyógyászat. Például az érelmeszesedés és a rák megelőzése érdekében valószínű, hogy idővel egyre fontosabbá válik a racionális táplálkozás. A racionális táplálkozás fogalmának ugyanakkor a biokémiai ismereteken kell alapulnia.

BIOKÉMIA ÉS BETEGSÉGEK

Minden betegség a molekulák tulajdonságaiban bekövetkezett változások és a kémiai reakciók és folyamatok során fellépő zavarok megnyilvánulása. Az állatok és emberek betegségeinek kialakulásához vezető fő tényezőket a táblázat tartalmazza. 1.1. Mindegyik hatással van egy vagy több kulcsfontosságú kémiai reakcióra vagy a funkcionálisan fontos molekulák szerkezetére és tulajdonságaira.

A biokémiai kutatások hozzájárulása a betegségek diagnosztizálásához és kezeléséhez a következő.

1.1. táblázat. A betegségek kialakulásához vezető fő tényezők. Mindegyik befolyásolja a sejtben vagy az egész szervezetben lezajló különféle biokémiai folyamatokat.

1. Fizikai tényezők: mechanikai trauma, szélsőséges hőmérséklet, hirtelen légköri nyomásváltozás, sugárzás, áramütés

2. Vegyi anyagok és gyógyszerek: egyes mérgező vegyületek, terápiás gyógyszerek stb.

4. Oxigén éhezés: vérveszteség, károsodott oxigénszállító funkció, oxidatív enzimek mérgezése

5. Genetikai tényezők: veleszületett, molekuláris

6. Immunológiai reakciók: anafilaxia, autoimmun betegségek

7. Táplálkozási egyensúlyhiány: alultápláltság, túltápláltság

Ezeknek a vizsgálatoknak köszönhetően lehetséges 1) azonosítani a betegség okát; 2) racionális és hatékony kezelési utat kínál; 3) módszerek kidolgozása a lakosság tömeges vizsgálatára a korai diagnózis érdekében; 4) figyelemmel kíséri a betegség előrehaladását; 5) figyelemmel kíséri a kezelés hatékonyságát. A Függelék ismerteti a különböző betegségek diagnosztizálására használt legfontosabb biokémiai vizsgálatokat. Hasznos lesz erre a Függelékre hivatkozni, amikor különböző betegségek (például szívinfarktus, akut hasnyálmirigy-gyulladás stb.) biokémiai diagnózisáról beszélünk.

A biokémiában rejlő lehetőségeket a betegségek megelőzésében és kezelésében röviden három példa szemlélteti; A fejezet későbbi részében további példákat nézünk meg.

1. Köztudott, hogy egészségének megőrzése érdekében az embernek bizonyos összetett szerves vegyületeket - vitaminokat - kell kapnia. A szervezetben a vitaminok bonyolultabb molekulákká (koenzimekké) alakulnak, amelyek kulcsszerepet játszanak a sejtekben lezajló számos reakcióban. Bármilyen vitamin hiánya az étrendben különféle betegségek kialakulásához vezethet, például C-vitamin hiányos skorbut vagy D-vitamin hiányos angolkór. A vitaminok vagy biológiailag aktív származékaik kulcsszerepének meghatározása azon fő problémák közül, amelyeket a biokémikusok és táplálkozási szakemberek e század eleje óta megoldottak.

2. A fenilketonuria (PKU) néven ismert állapot súlyos mentális retardációhoz vezethet, ha nem kezelik. A PKU biokémiai természete körülbelül 30 éve ismert: a betegséget egy olyan enzim aktivitásának hiánya vagy teljes hiánya okozza, amely katalizálja a fenilalanin aminosav egy másik aminosavvá, a tirozinná történő átalakulását. Ennek az enzimnek az elégtelen aktivitása a fenilalanin feleslegének és egyes metabolitjainak, különösen a ketonoknak a felhalmozódásához vezet a szövetekben, ami hátrányosan befolyásolja a központi idegrendszer fejlődését. A PKU biokémiai alapjainak tisztázása után racionális kezelési módszert találtak: a beteg gyermekeknek csökkentett fenilalanin-tartalmú étrendet írnak elő. Az újszülöttek tömeges PKU-szűrése szükség esetén lehetővé teszi a kezelés azonnali megkezdését.

3. A cisztás fibrózis a külső elválasztású mirigyek, és különösen a verejtékmirigyek örökletes betegsége. A betegség oka ismeretlen. A cisztás fibrózis az egyik leggyakoribb genetikai betegség Észak-Amerikában. Rendellenesen viszkózus váladék jellemzi, amely eltömíti a hasnyálmirigy szekréciós csatornáit és hörgőit. Az ebben a betegségben szenvedők leggyakrabban korán meghalnak tüdőgyulladás következtében. Mivel a betegség molekuláris alapja ismeretlen, csak tüneti kezelés lehetséges. Remélhető azonban, hogy a közeljövőben a rekombináns DNS-technológia segítségével sikerül kideríteni a betegség molekuláris természetét, ami lehetővé teszi egy hatékonyabb kezelési módszer megtalálását.

A BIOKÉMIA FORMÁLIS MEGHATÁROZÁSA

A biokémia, ahogy a neve is sugallja (a görög bios-life szóból), az élet kémiája, vagy pontosabban az életfolyamatok kémiai alapjainak tudománya.

Az élő rendszerek szerkezeti egysége a sejt, így egy másik definíció is adható: a biokémia mint tudomány az élő sejtek kémiai összetevőit, valamint azokat a reakciókat, folyamatokat vizsgálja, amelyekben részt vesznek. E meghatározás szerint a biokémia a sejtbiológia és az egész molekuláris biológia széles területeit fedi le.

A BIOKÉMIA FELADATAI

A biokémia fő feladata a sejtek életével kapcsolatos összes kémiai folyamat természetének molekuláris szintű teljes megértése.

A probléma megoldásához el kell különíteni a sejtekből az ott található számos vegyületet, meg kell határozni szerkezetüket és funkcióikat. Példaként felhozhatunk számos olyan tanulmányt, amelyek az izomösszehúzódás és számos hasonló folyamat molekuláris alapjainak feltárását célozták. Ennek eredményeként számos különböző összetettségű vegyületet izoláltak tisztított formában, és részletes szerkezeti és funkcionális vizsgálatokat végeztek. Ennek eredményeként az izomösszehúzódás molekuláris alapjainak számos aspektusát sikerült tisztázni.

A biokémia másik feladata az élet keletkezésének kérdésének tisztázása. Ennek az izgalmas folyamatnak a megértése korántsem átfogó.

KUTATÁSI TERÜLETEK

A biokémia hatóköre olyan széles, mint maga az élet. Bárhol létezik élet, különféle kémiai folyamatok mennek végbe. A biokémia mikroorganizmusokban, növényekben, rovarokban, halakban, madarakban, alacsonyabb rendű és magasabb rendű emlősökben, és különösen az emberi szervezetben előforduló kémiai reakciók vizsgálatával foglalkozik. Különösen érdekesek az orvosbiológiai tudományokat tanuló hallgatók

az utolsó két rész. Rövidlátó lenne azonban, ha egyáltalán fogalmunk sincs néhány más életforma biokémiai jellemzőiről: ezek a jellemzők gyakran elengedhetetlenek az emberrel közvetlenül összefüggő különféle helyzetek megértéséhez.

BIOKÉMIA ÉS ORVOSI

Széles körű kétirányú kapcsolat van a biokémia és az orvostudomány között. A biokémiai kutatásoknak köszönhetően számos, a betegségek kialakulásával kapcsolatos kérdés megválaszolására nyílt lehetőség, egyes betegségek okainak és fejlődési lefolyásának vizsgálata pedig a biokémia új területeinek kialakításához vezetett.

Biokémiai vizsgálatok a betegségek okainak azonosítására

A fent említetteken kívül további négy példát mutatunk be a biokémia lehetséges alkalmazási körének széleskörű bemutatására. 1. A kolera kórokozója által termelt toxin hatásmechanizmusának elemzése lehetővé tette a betegség klinikai tüneteivel (hasmenés, kiszáradás) vonatkozó fontos pontok tisztázását. 2. Sok afrikai növényben nagyon alacsony egy vagy több esszenciális aminosav található. Ennek a ténynek az azonosítása lehetővé tette annak megértését, hogy azok az emberek, akik számára ezek a növények a fő fehérjeforrás, miért szenvednek fehérjehiányban. 3. Felfedezték, hogy a malária kórokozóit hordozó szúnyogok olyan biokémiai rendszereket fejleszthetnek ki, amelyek immunissá teszik őket a rovarölő szerekkel szemben; ezt fontos figyelembe venni a malária elleni védekezési intézkedések kidolgozásakor. 4. A grönlandi eszkimók nagy mennyiségű halolajat fogyasztanak, amely néhány többszörösen telítetlen zsírsavban gazdag; ugyanakkor köztudott, hogy a vér alacsony koleszterinszintje jellemzi őket, ezért sokkal kisebb az esélyük az érelmeszesedés kialakulására. Ezek a megfigyelések felvetették a többszörösen telítetlen zsírsavak alkalmazásának lehetőségét a vérplazma koleszterinszintjének csökkentésére.

A betegségek tanulmányozása hozzájárul a biokémia fejlődéséhez

Sir Archibald Garrod angol orvos megfigyelései az 1900-as évek elején. A veleszületett anyagcserezavaroktól szenvedő betegek egy kis csoportja ösztönözte az ilyen állapotokban megzavart biokémiai utak kutatását. A családi hiperkoleszterinémiának nevezett genetikai betegség természetének megértésére tett kísérletek, amelyek korai életkorban súlyos atherosclerosis kialakulásához vezetnek, hozzájárultak a sejtreceptorokról és a sejtek koleszterinfelvételének mechanizmusairól szóló információk gyors felhalmozódásához. A rákos sejtekben található onkogének intenzív tanulmányozása felhívta a figyelmet a sejtnövekedés szabályozásának molekuláris mechanizmusaira.

Alacsonyabb élőlények és vírusok tanulmányozása

Néhány alacsonyabb rendű organizmus és vírus tanulmányozása során értékes információkat szereztek, amelyek nagyon hasznosnak bizonyultak a klinikán végzett biokémiai kutatások elvégzéséhez. Például a gén- és enzimaktivitás szabályozásának modern elméletei penészgombákon és baktériumokon végzett úttörő vizsgálatok alapján alakultak ki. A rekombináns DNS technológia a baktériumokon és bakteriális vírusokon végzett kutatásokból származik. A baktériumok és vírusok fő előnye a biokémiai kutatások tárgyaként a magas szaporodási arány; ez nagyban megkönnyíti a genetikai elemzést és a genetikai manipulációt. Az állatokon előforduló rák bizonyos formáinak (vírus onkogének) kialakulásáért felelős vírusgének tanulmányozásából nyert információk lehetővé tették a normál emberi sejtek rákos sejtekké történő átalakulásának mechanizmusának jobb megértését.

BIOKÉMIA ÉS EGYÉB BIOLÓGIAI TUDOMÁNYOK

A nukleinsavak biokémiája a genetika alapja; viszont a genetikai megközelítések alkalmazása a biokémia számos területén gyümölcsözőnek bizonyult. A fiziológia, a test működésének tudománya nagymértékben átfedésben van a biokémiával. Az immunológiában számos biokémiai módszert alkalmaznak, és sok immunológiai megközelítést széles körben alkalmaznak a biokémikusok. A farmakológia és a gyógyszerészet a biokémián és a fiziológián alapul; A legtöbb gyógyszer megfelelő enzimatikus reakciók révén metabolizálódik. A mérgek befolyásolják a biokémiai reakciókat vagy folyamatokat; ezek a kérdések képezik a toxikológia tárgyát. Amint már említettük, a különböző típusú patológiák alapja számos kémiai folyamat megsértése. Ez a biokémiai megközelítések növekvő használatához vezetett a különböző típusú patológiák (például gyulladásos folyamatok, sejtkárosodás és rák) tanulmányozására. A zoológiával és botanikával foglalkozók közül sokan széles körben alkalmazzák munkájuk során a biokémiai megközelítéseket. Ezek az összefüggések nem meglepőek, hiszen mint tudjuk, az élet minden megnyilvánulásában számos biokémiai reakciótól és folyamattól függ. A biológiai tudományok között korábban fennálló korlátok gyakorlatilag leromboltak, és a biokémia egyre inkább a közös nyelvükké válik.

Ezt a fajta laboratóriumi diagnosztikát szinte mindenki ismeri az orvosok elsősorban gyors és informatív egészségi állapotfelmérési módszerként írják elő. Egy ritka beteg azonban, aki kézbe kapja az eredményeket, képes lesz megfejteni a nevek és számok hosszú listáját. És bár senki sem követeli meg tőlünk, hogy alaposan felmérjük ezeket a jellemzőket, erre vannak orvosok, mégis érdemes általános képet alkotni a biokémiai vérvizsgálat során mért mutatókról.

Biokémiai vérvizsgálat: miért és mikor kell elvégezni?

Az emberi test legtöbb patológiája befolyásolja a vér összetételét. A vér egyes kémiai vagy szerkezeti elemeinek koncentrációjának meghatározásával következtetéseket vonhatunk le a betegségek jelenlétére és lefolyására vonatkozóan. Így a „biokémia” vérvizsgálatát a diagnózis és a kezelés ellenőrzése céljából írják elő. A biokémiai vérvizsgálat fontos szerepet játszik a terhesség ellenőrzésében. Ha egy nő normálisnak érzi magát, akkor az első és harmadik trimeszterben írják elő, és gyakrabban toxikózis, vetélés veszélye vagy rossz közérzet esetén.

Az eljárás előkészítése és végrehajtása

A biokémiai véradáshoz számos feltételnek kell megfelelni - különben a diagnózis helytelen lesz.

• A biokémiai analízishez szükséges vért éhgyomorra, reggel - általában 8 és 11 óra között - adják annak érdekében, hogy a legalább 8 órás, de legfeljebb 12-14 órás éhezési szükségletet teljesítsék. Az eljárás előtti napon és az eljárás napján ajánlatos csak vizet inni, kerülje a nehéz ételeket - enni semleges.
• Beszélje meg kezelőorvosával, hogy kell-e szünetet tartania a gyógyszerszedésben, és mennyi ideig. Egyes gyógyszerek torzíthatják a tesztadatokat.
• A vizsgálat előtt legalább egy órával abba kell hagynia a dohányzást. Az alkoholfogyasztást egy nappal a vizsgálat előtt abbahagyják.
• Javasoljuk, hogy az eljárás előestéjén kerülje a fizikai és érzelmi stresszt. Amikor megérkezik egy egészségügyi intézménybe, próbáljon meg nyugodtan ülni 10-20 percig, mielőtt vért vesz.
• Ha fizikoterápiás tanfolyamot írtak fel Önnek, vagy bármilyen műszeres vizsgálaton esett át, valószínűleg a legjobb, ha elhalasztja az eljárást. Forduljon orvosához.

Abban az esetben, ha idővel laboratóriumi értékeket kell megszerezni, ismételt vizsgálatokat kell végezni ugyanabban az egészségügyi intézményben és hasonló körülmények között.

A biokémiai vérvizsgálat eredményeinek dekódolása: norma és eltérések

A kész eredményeket táblázat formájában adják át a betegeknek, amely jelzi, hogy mely vizsgálatokat végezték el, milyen mutatókat kaptak, és hogyan viszonyulnak a normához. A biokémiai vérvizsgálat eredményének megfejtése meglehetősen gyorsan és akár online is megoldható, a kérdés csak a szakemberek leterheltsége és maga a folyamat megszervezése. Átlagosan 2-3 napba telik az átirat megérkezése.

A vér biokémiai elemzése a klinikai képtől és az orvos felírásától függően minimális vagy kiterjesztett profil szerint végezhető. Egy minimális profil a moszkvai egészségügyi intézményekben 3000–4000 rubel, a kiterjesztett profil 5000–6000 rubel. Az árak összehasonlításakor vegye figyelembe: a vénából történő vérvétel külön fizethető, költsége 150-250 rubel.

A biokémiai elemzés az enzimek, szerves és ásványi anyagok széles skálájának vizsgálata. Az emberi szervezet anyagcseréjének elemzése: szénhidrát, ásványi anyag, zsír és fehérje. Az anyagcsere változásai megmutatják, hogy létezik-e patológia, és melyik szervben.

Ezt az elemzést akkor kell elvégezni, ha az orvos rejtett betegségre gyanakszik. A testben lévő patológia elemzésének eredménye a fejlődés kezdeti szakaszában, és a szakember eligazodhat a gyógyszerek kiválasztásában.

Ezzel a teszttel a leukémia korai szakaszában kimutatható, amikor a tünetek még nem jelentkeznek. Ebben az esetben megkezdheti a szükséges gyógyszerek szedését és leállíthatja a betegség kóros folyamatát.

Mintavételi folyamat és elemzés indikátorértékek

Egy vénából vesznek vért elemzés céljából, körülbelül 5-10 milliliter mennyiségben. Egy speciális kémcsőbe helyezik. Az elemzést a beteg üres gyomrában végzik a teljesebb igazság érdekében. Ha nincs egészségügyi kockázat, akkor nem ajánlott vérvétel előtt gyógyszert szedni.

Az elemzési eredmények értelmezéséhez a leginformatívabb mutatókat használják:
- glükóz és cukorszint - megnövekedett mutató jellemzi a cukor fejlődését egy személyben, ennek éles csökkenése veszélyt jelent az életre;
- koleszterin – megnövekedett tartalma szív- és érrendszeri betegségek jelenlétét és kockázatát jelzi;
- - olyan betegségeket észlelő enzimek, mint a szívizom, májkárosodás (hepatitisz), vagy bármilyen sérülés jelenléte;
- bilirubin – magas szintje májkárosodásra, a vörösvértestek tömeges pusztulására és az epe kiáramlásának zavarára utal;
- karbamid és – feleslegük a vese és a máj kiválasztó funkciójának gyengülésére utal;
- összfehérje - mutatói megváltoznak, ha súlyos betegség vagy negatív folyamat lép fel a szervezetben;
- az amiláz a hasnyálmirigy egyik enzime, vérszintjének emelkedése mirigygyulladásra utal - hasnyálmirigy-gyulladás.

A fentieken kívül biokémiai vérvizsgálattal állapítják meg a szervezet kálium-, vas-, foszfor- és klórtartalmát. Csak a kezelőorvos tudja értelmezni az elemzés eredményeit és előírni a megfelelő kezelést.

Élet és élettelen dolgok? Kémia és biokémia? Hol a határ köztük? És létezik? Hol van a kapcsolat? A természet hosszú ideje hét lakat mögött tartja e problémák megoldásának kulcsát. És csak a 20. században sikerült valamennyire felfedni az élet titkait, és sok alapvető kérdés világossá vált, amikor a tudósok eljutottak a molekuláris szintű kutatáshoz. Az életfolyamatok fizikai-kémiai alapjainak ismerete a természettudomány egyik fő feladatává vált, és ebben az irányban születtek talán a legérdekesebb eredmények, amelyek alapvető elméleti jelentőséggel bírnak, és óriási gyakorlati vonatkozásokkal kecsegtetnek.

A kémia régóta közelről vizsgálja az életfolyamatokban részt vevő természetes anyagokat.

Az elmúlt két évszázad során a kémiának az élő természet megismerésében kiemelkedő szerepe volt. Az első szakaszban a kémiai vizsgálat leíró jellegű volt, a tudósok különböző természetes anyagokat, mikroorganizmusok, növények és állatok hulladéktermékeit izolálták és jellemezték, amelyek gyakran értékes tulajdonságokkal (gyógyszerek, színezékek stb.) rendelkeztek. A természetes vegyületek e hagyományos kémiáját azonban csak viszonylag nemrégiben váltotta fel a modern biokémia, amely nemcsak leírni, hanem megmagyarázni is kívánta, és nem csak a legegyszerűbbet, hanem az élőlényekben legbonyolultabbat is.

Extraorganikus biokémia

Az extraorganikus biokémia mint tudomány a 20. század közepén alakult ki, amikor a biológia új irányai, más tudományok eredményeivel megtermékenyítve törtek be a színre, és amikor egy új gondolkodásmód szakemberei érkeztek a természettudományhoz, akiket egyesített a vágy, vágy az élővilág pontosabb leírására. És nem véletlen, hogy az Akademicheskiy Proezd 18. szám alatti régimódi épület ugyanazon teteje alatt két újonnan szervezett intézet működött, amelyek a kémiai és biológiai tudomány akkori legújabb területeit képviselték - a Természetes Vegyületek Kémiai Intézete és az Intézet. Sugárzás és Fiziko-kémiai Biológia. Ennek a két intézetnek az volt a sorsa, hogy harcot kezdjen hazánkban a biológiai folyamatok mechanizmusainak megismeréséért és a fiziológiailag aktív anyagok szerkezetének részletes feltárásáért.

Erre az időszakra világossá vált a molekuláris biológia fő tárgyának, a dezoxiribonukleinsavnak (DNS), a híres „kettős hélixnek” az egyedi szerkezete. (Ez egy hosszú molekula, amelyen, mint egy szalagon vagy mátrixon, a testre vonatkozó összes információ teljes „szövege” fel van rögzítve.) Megjelent az első fehérje, az inzulin hormon szerkezete, és a kémiai szintézis. az oxitocin hormon sikeresen befejeződött.

Mi is pontosan a biokémia, és mit csinál?

Ez a tudomány biológiailag fontos természetes és mesterséges (szintetikus) szerkezeteket, kémiai vegyületeket - biopolimereket és kis molekulatömegű anyagokat egyaránt - vizsgál. Pontosabban a sajátos kémiai szerkezetük és a megfelelő fiziológiai funkció közötti kapcsolati minták. A bioszerves kémiát egy biológiailag fontos anyag molekulájának finom szerkezete, belső kapcsolatai, változásának dinamikája és specifikus mechanizmusa, az egyes láncszemeinek a funkció ellátásában betöltött szerepe érdekli.

A biokémia a kulcsa a fehérjék megértésének

A bioorganikus kémia kétségtelenül jelentős előrelépést jelent a fehérjeanyagok tanulmányozásában. Még 1973-ban elkészült az aszpartát-aminotranszferáz enzim teljes elsődleges szerkezete, amely 412 aminosavból áll. Ez az élő szervezet egyik legfontosabb biokatalizátora és az egyik legnagyobb, megfejtett szerkezetű fehérje. Később más fontos fehérjék szerkezetét is meghatározták - a közép-ázsiai kobra mérgéből származó számos neurotoxint, amelyeket specifikus blokkolóként használnak az idegi gerjesztés átviteli mechanizmusának tanulmányozására, valamint a sárga csillagfürt csomókból származó növényi hemoglobint és az antioxidánsokat. - leukémiás fehérje, aktinoxantin.

A rodopszinok nagy érdeklődésre tartanak számot. Régóta ismert, hogy a rodopszin a fő fehérje, amely részt vesz az állatok vizuális vételi folyamataiban, és a szem speciális rendszereiből izolálják. Ez az egyedülálló fehérje fényjeleket fogad, és lehetővé teszi számunkra a látást. Felfedezték, hogy a rodopszinhoz hasonló fehérje bizonyos mikroorganizmusokban is megtalálható, de teljesen más funkciót lát el (mivel a baktériumok „nem látnak”). Itt ő egy energiagép, amely fény segítségével energiagazdag anyagokat szintetizál. Mindkét fehérje szerkezetében nagyon hasonló, de céljuk alapvetően különbözik.

A kutatás egyik legfontosabb tárgya a genetikai információ megvalósításában szerepet játszó enzim volt. A DNS-mátrixon haladva úgy tűnik, hogy elolvassa a benne rögzített örökletes információkat, és ennek alapján szintetizálja az információs ribonukleinsavat. Ez utóbbi pedig a fehérjeszintézis mátrixaként szolgál. Ez az enzim egy hatalmas fehérje, molekulatömege megközelíti a félmilliót (ne feledjük: a vízben csak 18 van), és több különböző alegységből áll. Felépítésének tisztázása a biológia legfontosabb kérdésének megválaszolását hivatott segíteni: mi a genetikai információ „eltávolításának” mechanizmusa, hogyan fejtik meg a DNS-ben, az öröklődés fő anyagában írt szöveget.

Peptidek

A tudósokat nem csak a fehérjék érdeklik, hanem a rövidebb aminosavláncok, az úgynevezett peptidek is. Közöttük több száz, óriási élettani jelentőségű anyag található. A vazopresszin és az angiotenzin részt vesz a vérnyomás szabályozásában, a gasztrin a gyomornedv szekrécióját szabályozza, a gramicidin C és a polimixin antibiotikumok, amelyek közé tartoznak az úgynevezett memóriaanyagok is. Hatalmas biológiai információ van megírva egy rövid, több „betűből” álló aminosavláncban!

Ma már nemcsak bármilyen komplex peptidet tudunk mesterségesen előállítani, hanem egyszerű fehérjéket is, például inzulint. Az ilyen munka fontosságát nehéz túlbecsülni.

Módszert készítettek a peptidek térszerkezetének átfogó elemzésére, különféle fizikai és számítási módszerekkel. De a peptid összetett háromdimenziós architektúrája meghatározza biológiai aktivitásának minden sajátosságát. Bármely biológiailag aktív anyag térbeli szerkezete, vagy ahogy mondani szokás, konformációja a kulcsa a hatásmechanizmus megértésének.

A peptidrendszerek új osztályának, a depsipeltideknek a képviselői között egy tudóscsoport feltűnő természetű anyagokat fedezett fel, amelyek képesek a fémionok szelektív szállítására a biológiai membránokon, az úgynevezett ionoforokon. És a fő közülük a valinomycin.

Az ionoforok felfedezése egy egész korszakot jelentett a membránológiában, mivel lehetővé tette az alkálifém - kálium és nátrium - ionok biomembránokon keresztül történő szállításának specifikus megváltoztatását. Ezeknek az ionoknak a szállítása az idegi gerjesztés folyamataihoz, a légzési folyamatokhoz, valamint a külső környezetből érkező jelek fogadásának - észlelésének folyamataihoz kapcsolódik. A valinomycin példáján be lehetett mutatni, hogy a biológiai rendszerek hogyan képesek csak egy iont kiválasztani több tucat másik ion közül, azt egy kényelmesen szállítható komplexbe kötni és a membránon keresztül átvinni. A valinomycin e csodálatos tulajdonsága a térszerkezetében rejlik, amely áttört karkötőhöz hasonlít.

Az ionoforok másik típusa a gramicidin A antibiotikum. Ez egy 15 aminosavból álló lineáris lánc, amely térben két molekulából álló hélixet alkot, amelyről kiderült, hogy valódi kettős hélix. Az első kettős hélix a fehérjerendszerekben! A membránba ágyazott spirális szerkezet pedig egyfajta pórust, csatornát képez, amelyen keresztül az alkálifém-ionok áthaladnak a membránon. Az ioncsatorna legegyszerűbb modellje. Világos, hogy a gramicidin miért okozott ekkora vihart a membránológiában. A tudósok már számos szintetikus gramicidin analógot szereztek be, és részletesen tanulmányozták mesterséges és biológiai membránokon. Mennyi varázs és jelentősége van egy ilyen kis molekulának!

A valinomycin és a gramicidin segítségével a tudósok bekapcsolódtak a biológiai membránok vizsgálatába.

Biológiai membránok

De a membránok összetétele mindig tartalmaz még egy fő összetevőt, amely meghatározza azok természetét. Ezek zsírszerű anyagok vagy lipidek. A lipidmolekulák kis méretűek, de erős, óriási egységeket alkotnak, amelyek folytonos membránréteget alkotnak. Ebbe a rétegbe fehérjemolekulák ágyazódnak be – és itt van a biológiai membrán egyik modellje.

Miért fontosak a biomembránok? Általában véve a membránok az élő szervezet legfontosabb szabályozó rendszerei. Most fontos technikai eszközöket hoznak létre a biomembránok hasonlatában - mikroelektródák, szenzorok, szűrők, üzemanyagcellák... A membránelvek technológiai alkalmazásának jövőbeli kilátásai pedig valóban határtalanok.

Egyéb érdeklődési köre a biokémia

A nukleinsavak bikémiájának kutatása előkelő helyet foglal el. Céljuk a kémiai mutagenezis mechanizmusának megfejtése, valamint a nukleinsavak és a fehérjék közötti kapcsolat természetének megértése.

Különös figyelmet szenteltek régóta a mesterséges génszintézisnek. Egy gén, vagy leegyszerűsítve a DNS funkcionálisan jelentős része ma már kémiai szintézissel is előállítható. Ez a manapság divatos „géntechnológia” egyik fontos területe. A bioszerves kémia és a molekuláris biológia metszéspontjában végzett munka komplex technikák elsajátítását, valamint a kémikusok és biológusok baráti együttműködését igényli.

A biopolimerek másik osztálya a szénhidrátok vagy poliszacharidok. Ismerjük az ebbe a csoportba tartozó anyagok tipikus képviselőit - cellulóz, keményítő, glikogén, répacukor. De egy élő szervezetben a szénhidrátok sokféle funkciót látnak el. Ez a sejt védelme az ellenségekkel szemben (immunitás), a sejtfal legfontosabb alkotóeleme, a receptorrendszerek alkotóeleme.

Végül antibiotikum. A laboratóriumokban olyan fontos antibiotikum-csoportok szerkezetét tisztázták, mint a streptotricin, olivomycin, albofungin, abikovchromycin, aureolsav, amelyek daganatellenes, vírusellenes és antibakteriális hatással rendelkeznek.

Lehetetlen beszélni a bioszerves kémia minden kutatásáról és vívmányáról. Csak annyit állíthatunk biztosan, hogy a bioorganikusoknak több terve van, mint tett.

A biokémia szorosan együttműködik a molekuláris biológiával és biofizikával, amelyek az életet molekuláris szinten tanulmányozzák. Ez lett e tanulmányok kémiai alapja. Az új módszerek, új tudományos koncepciók megalkotása és széles körű alkalmazása hozzájárul a biológia további fejlődéséhez. Ez utóbbi pedig serkenti a kémiai tudományok fejlődését.