Животных, растений, грибов, вирусов, бактерий. Численность представителей каждого царства настолько велика, что остается только удивляться, как мы все помещаемся на Земле. Но, несмотря на такое многообразие, все живое на планете объединяет несколько основных особенностей.

Общность всего живого

Доказательства складываются из нескольких основных особенностей живых организмов:

• необходимости в питании (потреблении энергии и преобразовании ее внутри организма);
• потребности в дыхании ;
• способности к размножению;
• росте и развитии в течение жизненного цикла.

Любой из перечисленных процессов представлен в организме массой химических реакций. Ежесекундно внутри любого живого существа, а тем более человека, происходят сотни реакций синтеза и распада органических молекул. Структура, особенности химического воздействия, взаимодействие друг с другом, синтез, распад и построение новых структур молекул органического и неорганического строения - все это предмет изучения большой, интересной и разнообразной науки. Биохимия - это молодая прогрессивная область знания, изучающая все происходящие внутри живых существ.

Объект

Объектом изучения биохимии являются только живые организмы и все происходящие в них процессы жизнедеятельности. А конкретно - химические реакции, происходящие при поглощении пищи, выделении продуктов жизнедеятельности, росте и развитии. Так, основы биохимии составляет изучение:

1. Неклеточных форм жизни - вирусов.
2. Прокариотических клеток бактерий.
3. Высших и низших растений.
4. Животных всех известных классов.
5. Организма человека.

При этом сама биохимия - это наука достаточно молодая, возникшая только с накоплением достаточного количества знаний о внутренних процессах в живых существах. Ее возникновение и обособление датируется второй половиной XIX века.

Современные разделы биохимии

На современном этапе развития биохимия включает в себя несколько основных разделов, которые представлены в таблице.

Раздел	Определение	Объект изучения
Динамическая биохимия	Изучает химические реакции, лежащие в основе взаимопревращения молекул внутри организма	Метаболиты - простые молекулы и их производные, образующиеся в результате обмена энергии; моносахариды, жирные кислоты, нуклеотиды, аминокислоты
Статическая биохимия	Изучает химический состав внутри организмов и структуру молекул	Витамины, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, нуклеотиды, липиды, гормоны
Биоэнергетика	Занимается изучением поглощения, накопления и преобразования энергии в живых биологических системах	Один из разделов динамической биохимии
Функциональная биохимия	Изучает подробности всех физиологических процессов организма	Питание и пищеварение, кислотно-щелочного баланса, мышечные сокращения, проведение нервного импульса, регуляция печени и почек, действие иммунной и лимфатической систем и так далее
Медицинская биохимия (биохимия человека)	Изучает процессы метаболизма в организме людей (в здоровых организмах и при заболеваниях)	Эксперименты на животных позволяют вывести патогенных бактерий, вызывающих заболевания у людей, и найти способы борьбы с ними

Таким образом, можно сказать, что биохимия - это целый комплекс маленьких наук, которые охватывают все многообразие сложнейших внутренних процессов живых систем.

Дочерние науки

С течением времени накопилось настолько много различных знаний и сформировалось столько научных навыков обработки результатов исследований, выведения бактериальных колоний, и РНК, встраивания заведомо известных участков генома с заданными свойствами и так далее, что появилась необходимость в дополнительных науках, которые являются дочерними для биохимии. Это такие науки, как:

• молекулярная биология;
• генная инженерия;
• генная хирургия;
• молекулярная генетика;
• энзимология;
• иммунология;
• молекулярная биофизика.

Каждая из перечисленных областей знаний имеет массу достижений в изучении биопроцессов в живых биологических системах, поэтому является очень важной. Все они относятся к наукам XX века.

Причины интенсивного развития биохимии и дочерних наук

В 1958 г. Корана открыл ген и его структуру, после чего в 1961 г. был расшифрован генетический код. Затем было установлено строение молекулы ДНК - двухцепочечная структура, способная к редупликации (самовоспроизведению). Были описаны все тонкости процессов метаболизма (анаболизм и катаболизм), изучена третичная и четвертичная структура белковой молекулы. И это далеко не полный список грандиозных по значимости открытий XX века, которые и составляют основу биохимии. Все эти открытия принадлежат биохимикам и самой науке как таковой. Поэтому предпосылок для ее развития множество. Можно выделить несколько современных причин ее динамичности и интенсивности в становлении.

1. Выявлены основы большинства химических процессов, происходящих в живых организмах.
2. Сформулирован принцип единства в большинстве физиологических и энергетических процессов для всех живых существ (например, они одинаковы у бактерий и человека).
3. Медицинская биохимия позволяет получить ключ к лечению массы различных сложных и опасных заболеваний.
4. При помощи биохимии стало возможным подобраться к решению самых глобальных вопросов биологии и медицины.

Отсюда вывод: биохимия - это прогрессивная, важная и очень широко спектральная наука, позволяющая найти ответы на многие вопросы человечества.

Биохимия в России

В нашей стране биохимия является такой же прогрессивной и важной наукой, как и в целом мире. На территории России действуют Институт биохимии им. А. Н. Баха РАН, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, НИИ биохимии СО РАН. Нашим ученым принадлежит большая роль и множество заслуг в истории развития науки. Так, например, был открыт метод иммуноэлектрофареза, механизмы гликолиза, сформулирован принцип комплементарности нуклеотидов в структуре молекулы ДНК и сделан ряд других важных открытий. В конце XIX и начале XX в. в основном были сформированы не целые институты, а кафедра биохимии в некоторых из вузов. Однако вскоре появилась необходимость расширить пространство для изучения данной науки в связи с ее интенсивным развитием.

Биохимические процессы растений

Биохимия растений неразрывно связана с физиологическими процессами. В целом, предметом изучения биохимии и физиологии растений является:

• жизнедеятельность растительной клетки;
• фотосинтез;
• дыхание;
• водный режим растений;
• минеральное питание;
• качество урожая и физиология его формирования;
• устойчивость растений к вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды.

Значение для сельского хозяйства

Знание глубинных процессов биохимии в растительных клетках и тканях позволяют повышать качество и количество урожая культурных сельскохозяйственных растений, являющихся массовыми производителями важных продуктов питания для всего человечества. Кроме того, физиология и биохимия растений позволяют находить пути решения проблем заражения вредителями, устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, дают возможность повысить качество продукции растениеводства.

БИОХИМИЯ. Лекция № 1. Биохимия как наука. Структура и функции основных веществ в организме. Предмет и методы исследований в биохимии. Обзор основных классов органических веществ, их роль в гомеостазе.

Биохимия (от греч. βίος - «жизнь» и егип. kēme - «Земля», также биологическая или физиологическая химия) - наука о химическом составе организмов и их составных частей и о химических процессах, протекающих в организмах. Наука имеет дело со структурой и функцией веществ, являющихся компонентами клеток и входящих в состав организма, таких как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Биохимия стремится отвечать на биологические и биохимические вопросы с помощью химических методов.

Биохимия – сравнительно молодая наука, возникшая на стыке биологии и химии в конце 19 века. Она изучает процессы развития и функционирования организмов на языке молекул, структуру и химические процессы, которые обеспечивают жизнь одно- и многоклеточных существ, населяющих Землю. Выдающиеся открытия в области учения о ферментах, биохимической генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики превратили биохимию в фундаментальную дисциплину, позволяющую решать многие важные проблемы биологии и медицины.

Хотя существует широкий ряд различных биомолекул, многие из них являются полимерами, т.е. сложными большими молекулами, состоящими из многих подобных субъединиц, мономеров. Каждый класс полимерных биомолекул имеет собственный набор типов этих субъединиц. Например, белки являются полимерами, состоящими из аминокислот. Биохимия изучает химические свойства важных биологических молекул, таких как белки, в частности химию реакций, катализируемых ферментами.

Кроме того, большая часть исследований по биохимии имеет дело с метаболизмом клетки и его эндокринной и паракринной регуляцией. Другие области биохимии включают исследование генетического кода ДНК и РНК, биосинтез белков, транспорта через биологические мембраны и передачу сигналов.

Основы биохимии были заложены в середине 19-го века, когда такие ученые как Фридрих Вьолер и Ансельм Паен сумели впервые описать химические процессы в живых организмах и показать, что они не отличаются от обычных химических процессов. Многие работы в начале 20-го века привели к пониманию структуры белков, стало возможным проведение биохимических реакций (спиртового брожения) за пределами клетки и т. д. В тоже время начал применяться и сам термин «биохимия». Основы биохимии в Украине заложил Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах прошлого столетия.

История

К началу 19 века существовала общая уверенность, что жизнь не подлежит физическим и химическим законам, присущим неживой природе. Считалось, что только живые организмы способны производить молекулы, характерные для них. Лишь в 1828 году Фридрих Велер опубликовал работу о синтезе мочевины, осуществленный в лабораторных условиях, доказав, что органические соединения могут быть созданы искусственно. Это открытие нанесло серьезное поражение ученым-виталистам, отрицавшим такую возможность.

К тому времени уже существовал фактический материал для первичных биохимических обобщений, который накапливался в связи с практической деятельностью людей, направленной на изготовление еды и вина, получения пряжи из растений, очистку кожи от шерсти с помощью микробов, на изучение состава и свойств мочи и других выделений здорового и больного человека. После работ Велера постепенно начали устанавливаться такие научные понятия, как дыхание, брожение, ферментация, фотосинтез. Изучение химического состава и свойств соединений, выделенных из животных и растений, становится предметом органической химии (химии органических соединений).

Рождение биохимии также ознаменовалося открытием первого фермента, диастаза (сейчас известного как амилаза) в 1833 году Ансельмом Паеном. Трудности, связанные с получением ферментов из тканей и клеток, использовались сторонниками витализма для утверждения о невозможности изучения клеточных ферментов вне живых существ. Это утверждение было опровергнуто русским врачом М. Манассеиной (1871 - 1872), которая предложила возможность наблюдать спиртовое брожение в экстрактах растертых (т.е. лишенных структурной целостности) дрожжей. В 1896 году эта возможность была подтверждена немецким ученым Эдуардом Бухнером, сумевшим экспериментально воссоздать этот процесс.

Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, однако, считается, широкого использования он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберг в 1903 году. К тому времени эта область исследований была известна как физиологическая химия. После этого времени биохимия быстро развивалась, особенно начиная с середины 20 века, прежде всего благодаря разработке новых методов, таких как хроматография, рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, использование радиоизотопной метки, электронная и оптическая микроскопия и, наконец, молекулярная динамика и другие методы вычислительной биологии. Эти методы позволили открыть и провести детальный анализ многих молекул и метаболических путей клетки, таких как гликолиз и цикл Кребса.

Другим важным историческим событием в развитии биохимии стало открытие генов и их роли в передаче информации в клетке. Это открытие заложило возможность возникновения на только генетики, но и ее междисциплинар отрасли на стыке с биохимией - молекулярной биологии. В 1950-х годах Джеймс Ватсон, Фрэнсис Крик, Розалинда Франклин и Морис Уилкинс сумели расшифровать структуру ДНК и предположили ее связь с генетической передачей информации в клетке. Также в 1950-х годах Джордж Отлей и Эдвард Татум доказали, что один ген отвечает за синтез одного белка. С разработкой методов анализа ДНК, таких как генетический фингерпринтинг, в 1988 году Колин Питчфорк стал первым человеком, обвиненной в убийстве с помощью свидетельства на основе ДНК, что стало первым крупным успехом биохимической судмедэкспертизы. В 200-х годах Андрю Файр и Крег Мелло показали роль РНК-интерференции (RNAi), в подавлении экспрессии генов.

Сейчас биохимические исследования протекают в трех направлениях, сформулированных Майклом Шугар. Биохимия растений исследует биохимию преимущественно автотрофных организмов и исследует такие процессы как фотосинтез и другие. Общая биохимия включает исследование как растений, так и животных и человека, тогда как медицинская биохимия фокусируется преимущественно на биохимии человека и отклонениях биохимических процессов от нормы, в частности в результате болезней.

Биологическая химия - одна из фундаментальных теоретических наук, которая изучает состав, структуру и свойства химических соединений, формирующих живые системы, а так­же их взаимодействие и взаимопревращение в процессе метаболизма.

Биохимия - изучает входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. Принципиальное значение для развития биохимии имел первый синтез природного вещества - мочевины (Ф. Велер, 1828), подорвавший представления о "жизненной силе", участвующей якобы в синтезе различных веществ организмом. Используя достижения общей, аналитической и органической химии, биохимия в XIX в. сформировалась в самостоятельную науку.

Биохимия – это наука, занимающаяся изучением различных молекул, химических реакций и процессов, протекающих в живых клетках и организмах.

Биохимия, как следует из названия (от греческого bios – жизнь), - это химия жизни, или, более строго, наука о химических основах процессов жизнедеятельности.

Первоначально вопросы биохимии изучались с разных сторон органической химией и физиологией.

Исторические предпосылки развития биохимии.

В общенаучном варианте биохимия появилась в глубокой древности (Авиценна, Гиппократ).

XVI-XVII вв. – воззрения алхимиков получили дальнейшее развитие в трудах ятрохимиков (от греч. iatros –врач). Т. Парацельс выдвинул весьма прогрессивное положение о тесной связи химии с медициной.

Витализм – учение о животной силе, в основе которого лежит тезис “живое качественно отличается от неживого”.

XVII-XVIII вв. – открытие закона сохранения материи, фотосинтеза; появились данные, доказывающие единство живого и неживого мира. Выделили мочевину, органические кислоты, спирты, холестерин из живого – окончательное опровержение витализма.

втор. пол. XVIII в. Спалланцани – исследования физиологии пищеварения – начало изучения ферментов пищеварительных соков.

1814 – К.С. Кирхгоф описал ферментативный процесс осахаривания крахмала под влиянием вытяжки из проросших семян ячменя.

1828 – Ф. Вёлер осуществил синтез мочевины в лабораторных условиях, доказав единство живой и неживой природы (материи).

1828 – год рождения биохимии.

1839 – Ю. Либих выяснил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.

1842 – первый учебник биохимии И. Зимона.

1845 – А. Кольбе – синтезировал уксусную кислоту.

1847 – учебник биохимии Ю. Либиха; учебник физиологической химии А.И. Ходнева.

сер. XIX в. найдены ферменты: амилаза слюны, пепсин желудочного сока, трипсин сока поджелудочной железы; Й. Берцелиус ввёл в химию понятие о катализе и катализаторах.

1854 – М. Бертло – синтезировал жиры.

1861 – А.М. Бутлеров – синтезировал углеводы.

1863 – в Казанском (организатор кафедры А.Я. Данилевский) и Московском (организатор – А.Д. Булыгинский) университетах преподают биохимию как науку.

1869 – открытие ДНК (Миллер).

Л. Пастер – изучение брожения.

1871 – М.М. Манассеина и Э. Бухнер (1897) доказали способность бесклеточного дрожжевого сока вызывать алкогольное брожение.

1880 – витамины (Лунин).

1892 – начала функционировать кафедра физиологической химии в Военно-медицинской (Медико-хирургической) академии в Петербурге (А.Я. Данилевский возглавлял кафедру).

XX в. – расцвет биохимии. Синтез пептидов (Фишер). Изучены углеводный, белковый и липидный обмены (основы биохимии). Открыта молекула АТФ. Выделены ферменты (энзимология). Дробление биохимии.

1931 – Энгельгардт – изучение процесса окислительного фосфорилирования (развитие биоэнергетики).

1953 – Уотсон и Крик – изучение вторичной структуры ДНК (развитие молекулярной биологии, в 70-е гг. на её основе развитие генной инженерии).

Современная биохимия как самостоятельная наука сложилась на рубеже XIX и XX веков.

к. XX – н. XXI – современный этап биохимии.

Причины выделения биохимии как самостоятельной науки:

успехи в изучении природных соединений;

потребности практики медицины;

широкое использование современных методик биохимического анализа.

8.2. Что изучает биохимия и что является предметом исследований, направления исследований.

В зависимости от объекта исследования биохимию условно подразделяют на биохимию человека и животных, биохимию растений и микроорганизмов. Несмотря на биохимическое единство всего живого, в животных и растительных организмах существуют и коренные различия, прежде всего в характере обмена веществ. У животных проявления жизнедеятельности и синтез веществ, входящих в состав тела, обеспечиваются за счёт химической энергии, освобождающейся при распаде или окислении сложных органических соединений. Растения, не использующие для своей жизнедеятельности вещества органической природы, называются аутотрофными организмами, животные же являются гетеротрофными организмами. Среди микроорганизмов встречаются как аутотрофный, так и гетеротрофный типы обмена веществ. Кроме того, микроорганизмы характеризуются наличием химических веществ и реакций, не встречающихся у животных и растений.

Области исследования

Биохимия занимается изучением химических реакций, протекающих в микроорганизмах, растениях, насекомых, рыбах, птицах, низших и высших млекопитающих, и в частности человека. Для студентов, изучающих биомедицинские науки, особый интерес представляют два последних раздела.

Главные направления развития исследований в области биологической химии (горизонты биохимии) на ближайшую и отдалённую перспективу.

Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот).

Организация и механизм функционирования генома.

Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа.

Процессы узнавания на молекулярном уровне.

Молекулярные основы соматических и наследственных заболеваний человека.

Молекулярные основы злокачественного роста.

Молекулярные основы иммунитета.

Рациональное питание.

Молекулярные механизмы памяти.

Биосинтез белка

Биологические мембраны и биоэнергетика.

Основное назначение биохимии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне задачи фундаментальные, общебиологические, включая проблему зависимости человека от экосистемы, которую необходимо не только понять, но и защищать и научиться разумно ею пользоваться.

Биохимия – это целая наука которая изучает, во-первых, химический состав клеток и организмов, а во-вторых, химические процессы, которые лежат в основе их жизнедеятельности. Термин был введён в научную среду в 1903 году химиком из Германии по имени Карл Нойберг.

Однако сами процессы биохимии были известны ещё с давних времён. И на основе этих процессов люди пекли хлеб и варили сыр, делали вино и выделывали кожи животных, лечили болезни при помощи трав, а потом и лекарственных средств. И в основе всего этого лежат именно биохимические процессы.

Так, например, не зная ничего о самой науке, арабский учёный и врач Авиценна, который жил в 10 веке, описал многие лекарственные вещества и их влияние на организм. А Леонардо да Винчи сделал вывод – живой организм способен жить только в той атмосфере, в которой способно гореть пламя.

Как и любая другая наука, биохимия применяет свои собственные методы исследования и изучения. И самые важные из них – это хроматография, центрифугирование и электрофорез.

Биохимия сегодня- это наука, которая сделала большой скачок в своём развитии. Так, например, стало известно, что из всех химических элементов на земле в теле человека присутствует чуть больше четверти. И большинство редких элементов, кроме йода и селена, совершенно не нужны человеку для того, чтобы поддерживать жизнь. А вот такие два распространённых элемента, как алюминий и титан в организме человека пока найдены не были. Да и найти их просто невозможно – для жизни они не нужны. И среди всех них только 6 – это те, что необходимы человеку ежедневно и именно из них состоит наш организм на 99%. Это углерод, водород, азот, кислород, кальций и фосфор.

Биохимия – это наука, которая изучает такие важные составляющие продуктов, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Сегодня об этих веществах мы знаем практически всё.

Некоторые путают две науки – биохимию и органическую химию. Но биохимия – это наука, которая изучает биологические процессы, которые протекают только в живом организме. А вот органическая химия – это наука, которая изучает те или иные соединения углерода, а это и спирты, и эфиры, и альдегиды и многие-многие другие соединения.

Биохимия – это ещё и наука, в состав которой входит цитология, то есть изучение живой клетки, её строение, функционирование, размножение, старение и смерть. Нередко этот раздел биохимии называют молекулярной биологией.

Однако молекулярная биология, как правило, работает с нуклеиновыми кислотами, а вот биохимикам больше интересны белки и ферменты, которые запускают те или иные биохимические реакции.

Сегодня биохимия всё чаще и чаще применяет разработки генной инженерии и биотехнологий. Однако сами по себе – это тоже разные науки, которые изучают каждый своё. Например, биотехнология изучает методы клонирования клеток, а генная инженерия пытается найти способы того, как заменить больной ген в организме человека на здоровый и тем самым избежать развития многих наследственных заболеваний.

И все эти науки тесно связаны между собой, что помогает им развиваться и работать на благо человечества.

Жизнь и неживое? Химия и биохимия? Где между ними грань? И есть ли она? Где связь? Ключ к разгадке этих проблем долгое время был у природы за семью замками. И лишь в XX веке удалось несколько приоткрыть тайны жизни, причем многие кардинальные вопросы прояснились, когда ученые дошли до исследований на уровне молекул. Познание физико-химических основ жизненных процессов стало одной из главных задач естествознания, и именно на этом направлении, пожалуй, были получены самые интересные результаты, имеющие принципиальное теоретическое значение и сулящие громадный выход в практику.

Химия давно уже присматривается к природным веществам, участвующим в процессах жизнедеятельности.

За прошедшие два столетия химии суждено было сыграть выдающуюся роль в познании живой природы. На первом этапе химическое изучение носило описательный характер, и учеными были выделены и охарактеризованы разнообразные природные вещества, продукты жизнедеятельности микроорганизмов, растений и животных, обладавшие часто ценными свойствами (лекарственные препараты, красители и т. п.). Однако лишь сравнительно недавно на смену этой традиционной химии природных соединений пришла современная биохимия с ее стремлением не только описать, но и объяснить, и не только самое простое, но и самое сложное в живом.

Внеорганическая биохимия

Внеорганическая биохимия как наука сложилась в середине XX столетия, когда на сцену вырвались новые направления биологии, оплодотворенные достижениями других наук, и когда в естествознание пришли специалисты нового склада ума, объединенные желанием и стремлением точнее описать живой мир. И не случайно под одной крышей старомодного здания по Академическому проезду, 18 оказались два вновь организованных института, представлявших самые новые в то время направления химико-биологической науки, - Институт химии природных соединений и Институт радиационной и физико-химической биологии. Этим двум институтам суждено было начать в нашей стране бой за познание механизмов биологических процессов и детальное выяснение структур физиологически активных веществ.

К этому периоду стала ясна уникальная структура основного объекта молекулярной биологии - дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), знаменитая «двойная спираль». (Это длинная молекула, на которой, как на магнитофонной ленте или матрице, записан полный «текст» всей информации об организме.) Появилась структура первого белка - гормона инсулина, был успешно выполнен химический синтез гормона окситоцина.

А что, собственно, такое биохимия, чем она занимается?

Эта наука изучает биологически важные природные и искусственные (синтетические) структуры, химические соединения - как биополимеры, так и низкомолекулярные вещества. Точнее, закономерности связи их конкретной химической структуры с соответствующей физиологической функцией. Биоорганическую химию интересует тонкое устройство молекулы биологически важного вещества, внутренние ее связи, динамика и конкретный механизм ее изменения, роль каждого ее звена в выполнении функции.

Биохимия — ключ к пониманию белков

Биоорганической химии принадлежат, несомненно, крупные успехи в изучении белковых веществ. Еще в 1973 году было завершено выяснение полной первичной структуры фермента аспартат-аминотрансферазы, состоящего из 412 аминокислотных остатков. Это один из наиболее важных биокатализаторов живого организма и один из наиболее крупных белков с расшифрованной структурой. Позднее было определено строение и других важных белков - несколько нейротоксинов из яда среднеазиатской кобры, которые используются при изучении механизма передачи нервного возбуждения в качестве специфических блокаторов, а также растительного гемоглобина из клубеньков желтого люпина и антилейкозного белка актиноксантина.

Огромный интерес представляют родопсины. Давно известно, что родопсин - основной белок , участвующий у животных в процессах зрительной рецепции, и его выделяют из особых систем глаза. Этот уникальный белок принимает световой сигнал и обеспечивает нам способность видеть. Было обнаружено, что подобный родопсину белок встречается и у некоторых микроорганизмов, но выполняет совсем другую функцию (поскольку бактерии «не видят»). Здесь он энергетическая машина, синтезирующая богатые энергией вещества за счет света. Оба белка очень близки по структуре, но их назначение принципиально различно.

Одним из важнейших объектов изучения был фермент, участвующий в реализации генетической информации. Двигаясь по ДНК-матрице, он как бы считывает записанную в ней наследственную информацию и на этой основе синтезирует информационную рибонуклеиновую кислоту. Последняя же, в свою очередь, служит матрицей для синтеза белков. Этот фермент - огромный белок, его молекулярный вес приближается к полумиллиону (вспомним: у воды он всего лишь 18) и состоит из нескольких различных субъединиц. Выяснение его структуры суждено было помочь ответить на важнейший вопрос биологии: каков механизм «снятия» генетической информации, как идет расшифровка текста, записанного в ДНК - основном веществе наследственности.

Пептиды

Ученых привлекают не только белки, но и более короткие цепочки из аминокислот, называемые пептидами. Среди них сотни веществ громадного физиологического значения. Вазопрессин и ангиотензин участвуют в регуляции кровяного давления, гастрин управляет секрецией желудочного сока, грамицидин С и полимиксин - антибиотики, к которым относятся и так называемые вещества памяти. В короткой цепочке несколькими «буквами» аминокислотами записана огромная биологическая информация!

Сегодня мы умеем искусственно получать не только любой сложный пептид, но и простой белок, например инсулин. Значение таких работ трудно переоценить.

Был создан метод комплексного анализа пространственного строения пептидов с помощью разнообразных физических и расчетных методов. А ведь сложная объемная архитектура пептида и определяет всю специфику его биологической активности. Пространственное строение любого биологически активного вещества, или, как говорят, его конформация, - ключ к пониманию механизма его действия.

Среди представителей нового класса пептидных систем - депсипелтидов - коллектив ученых обнаружил вещества поразительной природы, способные селективно переносить ионы металлов через биологические мембраны, так называемые ионофоры. И главный среди них - валиномицин.

Открытие ионофоров составило целую эру в мембранологии, поскольку позволило направленно изменять транспорт ионов щелочных металлов - калий и натрий - через биомембраны. С транспортом этих ионов связаны и процессы нервного возбуждения, и процессы дыхания, и процессы рецепции - восприятия сигналов внешней среды. На примере валиномицина удалось показать, как биологические системы способны выбрать лишь один ион из десятков других, связать его в удобно транспортируемый комплекс и перенести через мембрану. Это удивительное свойство валиномицина заключено в его пространственной структуре, напоминающей собой ажурный браслет.

Другой тип ионофоров представляет собой антибиотик грамицидин А. Это линейная цепочка, построенная из 15 аминокислот, в пространстве образует спираль из двух молекул, причем, как было установлено, это истинная двойная спираль. Первая двойная спираль в белковых системах! И спиральная структура, встраиваясь в мембрану, образует своеобразную пору, канал, через который ионы щелочных металлов проходят сквозь мембрану. Простейшая модель ионного канала. Понятно, почему грамицидин вызвал такую бурю в мембранологии. Ученые уже получили многие синтетические аналоги грамицидина, он детально изучался на искусственных и биологических мембранах. Сколько прелести и значимости в такой, казалось бы, маленькой молекуле!

Не без помощи валиномицина и грамицидина ученые оказались втянутыми в исследование биологических мембран.

Биологические мембраны

Но в состав мембран всегда входит еще один основной компонент, который определяет их природу. Это жироподобные вещества, или липиды. Молекулы липидов невелики по размеру, но они образуют прочные гигантские ансамбли, формирующие сплошной мембранный слой. В этот слой встраиваются молекулы белков - и вот вам одна из моделей биологической мембраны.

Почему же важны биомембраны? Вообще мембраны - важнейшие регуляторные системы живого организма. Сейчас по подобию биомембран создаются важные технические средства - микроэлектроды, датчики, фильтры, топливные элементы… И дальнейшие перспективы использования мембранных принципов в технике поистине безграничны.

Прочие интересы биохимии

Видное место занимают исследования по бихимии нуклеиновых кислот. Они нацелены на расшифровку механизма химического мутагенеза, а также на познание природы связи между нуклеиновыми кислотами и белками.

Особое внимание было издавна сосредоточено на искусственном синтезе гена. Ген, или, если говорить упрощенно, функционально значимый участок ДНК, сегодня уже можно получить химическим синтезом. Это одно из важных направлений модной сейчас «генной инженерии». Работы, лежащие на стыке биоорганической химии и молекулярной биологии, требуют овладения сложнейшими приемами, дружного сотрудничества химиков и биологов.

Еще один класс биополимеров - углеводы, или полисахариды. Мы знаем типичных представителей веществ этой группы - целлюлозу, крахмал, гликоген, свекловичный сахар. Но в живом организме углеводы выполняют самые разнообразные функции. Это защита клетки от врагов (иммунитет), она важнейшая составная часть клеточных стенок, компонент рецепторных систем.

Наконец, антибиотики. В лабораториях выяснено строение таких важнейших групп антибиотиков, как стрептотрицин, оливомицин, альбофунгин, абиковхромицин, ауреоловая кислота, обладающие противоопухолевой, противовирусной и антибактериальной активностью.

Рассказать о всех поисках и достижениях биоорганической химии невозможно. С уверенностью только можно утверждать, что у биооргаников больше планов, чем сделанного.

Биохимия тесно сотрудничает с молекулярной биологией, биофизикой, изучающими жизнь на уровне молекул. Она стала химическим фундаментом этих исследований. Создание и широкое использование новых ее методов, новых научных концепций способствует дальнейшему прогрессу биологии. Последняя, в свою очередь, стимулирует развитие химических наук.