Введение. Возникновение биохимии как науки. Краткая история развития биохимии. Химический состав живых организмов. Пластические и энергетические вещества

Биохи́мия — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин «биохимия» эпизодически употреблялся с середины XIX века, в классическом смысле он был предложен и введён в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нойбергом. Возникнув как наука о химии жизни в конце XIX века, чему предшествовало бурное развитие органической химии, биохимия отличается от органической химии тем, что исследует только те вещества и химические реакции, которые имеют место в живых организмах, прежде всего в живой клетке. Согласно этому определению, биохимия охватывает также многие области клеточной биологии и включает в себя молекулярную биологию. После выделения последней в особую дисциплину, размежевание между биохимией и молекулярной биологией в основном сформировалось как методологическое и по предмету исследования. Как самостоятельная наука биохимия сформировалась примерно 100 лет назад, однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности. XVIII век ознаменовался трудами М. В. Ломоносова и А. Л. Лавуазье. На основе открытого ими закона сохранения массы веществ и накопленных к концу столетия экспериментальных данных, была объяснена сущность дыхания и исключительная роль в этом процессе кислорода. Новый толчок развитию биологической химии дали работы по изучению брожения, инициированные Луи Пастером. В 1897 г. Эдуард Бухнер доказал, что ферментация сахара может происходить в присутствии бесклеточного дрожжевого экстракта, и это процесс не столько биологический, сколько химический… Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы: 1. Макроэлементы - О, С, Н, N (в сумме около 98-99%, их еще называют основные), Са, К, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (в сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов. 2. Микроэлементы - Мn, Со, Zn, Cu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 % 3. Ультрамикроэлементы — Se, U, Hg, Rа, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.Химические элементы, которые состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Углеводы – органические соединения, содержащие в своем составе углерод, водород и кислород. Они подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Углеводы являются основным источником энергии всех форм клеточной деятельности. Они участвуют в построении прочных тканей растений (в частности, целлюлозы) и играют роль запасных питательных веществ в организмах. Углеводы являются первичным продуктом фотосинтеза зеленых растений. Липиды – это жироподобные вещества, плохо растворимые в воде (состоят из атомов углерода и водорода). Липиды участвуют в построении клеточных перегородок (мембран), плохо проводят тепло, выполняя тем самым защитную функцию. Кроме того, липиды являются запасными питательными веществами. Белки представляют собой сочетание протеиногенных аминокислот (20 штук) и на 30-50% состоят из АК. Белки имеют большие размеры, являясь по своей сути макромолекулами. Белки выполняют роль естественных катализаторов протекания химических процессов. В состав белков также входят металлы, такие как железо, магний, марганец. Нуклеиновые кислоты (НК) формируют ядро клетки. Различают 2 основных вида НК: ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота и РНК - рибонуклеиновая кислота. НК регулируют процесс синтеза, осуществляют передачу наследственной информации из поколения в поколение. Взаимосвязь пластического и энергетического обмена: пластический обмен поставляет для энергетического обмена органические вещества и ферменты, а энергетический обмен поставляет для пластического — энергию, без которой не могут идти реакции синтеза. Нарушение одного из видов клеточного обмена ведет к нарушению всех процессов жизнедеятельности, к гибели организма. Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ, из которых образуются структуры клетки, обновляется ее состав, а также синтезируются ферменты, необходимые для ускорения химических реакций в клетке. Синтез сложного органического вещества — белка — из менее сложных органических веществ — аминокислот — пример пластического обмена. Роль ферментов в ускорении химических реакций, использование энергии на синтез органических веществ, освобожденной в процессе энергетического обмена. Энергетический обмен — расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов) до простых веществ (в конечном счете до углекислого газа и воды) с освобождением энергии, используемой в процессах жизнедеятельности. Дыхание — пример энергетического обмена, в процессе которого поступивший из воздуха в клетку кислород окисляет органические вещества и при этом освобождается энергия. Участие в энергетическом обмене ферментов, которые синтезировались в процессе пластического обмена, в ускорении реакций окисления органических веществ.