I. Био­хи­мия как нау­ка

Био­хи­мия – нау­ка о ка­че­ст­вен­ном со­ста­ве, ко­ли­че­ст­вен­ном со­дер­жа­нии и пре­об­ра­зо­ва­ни­ях в про­цес­се жиз­не­дея­тель­но­сти со­еди­не­ний, об­ра­зую­щих жи­вую ма­те­рию; это нау­ка о хи­мии жиз­ни.

Био­хи­мия изу­ча­ет от­дель­ные эта­пы про­цес­сов об­ме­на ве­ществ, их взаи­мо­связь и взаи­мо­обу­слов­лен­ность, изу­ча­ет фи­зио­ло­ги­че­скую роль от­дель­ных ве­ществ в жиз­ни ор­га­низ­мов, про­цесс био­син­те­за слож­но­го ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ст­ва из про­стей­ших ве­ществ, а так­же био­гео­хи­ми­че­ские пре­вра­ще­ния рас­ти­тель­ных и жи­вот­ных ос­тат­ков (об­ра­зо­ва­ние илов, тор­фа, ми­не­ра­ли­за­цию ор­га­ни­че­ских ос­тат­ков).

Био­хи­мия воз­ник­ла в се­ре­ди­не XIX в., ко­гда в ря­де ев­ро­пей­ских уни­вер­си­те­тов воз­ник­ли са­мо­стоя­тель­ные кур­сы: био­хи­мия и фи­зио­ло­ги­че­ская хи­мия. Эти пред­ме­ты ста­ли обя­за­тель­ны­ми в про­грам­ме под­го­тов­ки сту­ден­тов ме­ди­цин­ских, био­ло­ги­че­ских, а позд­нее и сель­ско­хо­зяй­ст­вен­ных спе­ци­аль­но­стей. Бы­ли на­пи­са­ны учеб­ни­ки по био­ло­ги­че­ской хи­мии, ста­ли из­да­вать­ся на­уч­ные жур­на­лы и вест­ни­ки.

Со­вре­мен­ная био­хи­мия ох­ва­ты­ва­ет ог­ром­ную часть че­ло­ве­че­ских зна­ний, и в за­ви­си­мо­сти от под­хо­да к изу­че­нию жи­вой ма­те­рии её де­лят на 3 круп­ных от­де­ла:

1) ста­ти­че­ская био­хи­мия за­ни­ма­ет­ся ис­сле­до­ва­ни­ем ка­че­ст­вен­но­го и ко­ли­че­ст­вен­но­го со­ста­ва жи­вых ор­га­низ­мов;

2) ди­на­ми­че­ская био­хи­мия за­ни­ма­ет­ся изу­че­ни­ем пре­вра­ще­ний хи­ми­че­ских со­еди­не­ний и взаи­мо­свя­зан­ных с ни­ми пре­вра­ще­ний энер­гии в про­цес­се жиз­не­дея­тель­но­сти ор­га­низ­мов;

3) функ­цио­наль­ная био­хи­мия. Её пред­мет – вы­яс­не­ние свя­зей ме­ж­ду строе­ни­ем хи­ми­че­ских со­еди­не­ний и их пре­вра­ще­ния­ми с од­ной сто­ро­ны и функ­ци­ей кле­точ­ных ор­га­нелл, кле­ток, тка­ней или ор­га­нов, вклю­чаю­щих дан­ные со­еди­не­ний, – с дру­гой.

В за­ви­си­мо­сти от объ­ек­та и на­прав­ле­ния ис­сле­до­ва­ний со­вре­мен­ная био­хи­мия вклю­ча­ет в се­бя не­сколь­ко раз­де­лов:

1. Об­щая био­хи­мия рас­смат­ри­ва­ет об­щие за­ко­но­мер­но­сти в со­дер­жа­нии и пре­об­ра­зо­ва­нии в про­цес­се жиз­не­дея­тель­но­сти со­еди­не­ний, об­щих для жи­вой ма­те­рии в це­лом.

2. Био­хи­мия жи­вот­ных изу­ча­ет со­став жи­вот­ных ор­га­низ­мов и пре­вра­ще­ния в них ве­ществ и энер­гии.

3. Био­хи­мия рас­те­ний.

4. Био­хи­мия мик­ро­ор­га­низ­мов.

5. Ме­ди­цин­ская био­хи­мия изу­ча­ет хи­ми­че­ский со­став ор­га­низ­ма че­ло­ве­ка и ос­нов­ные об­мен­ные про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие в нем, в нор­ме и при раз­лич­ных па­то­ло­ги­че­ских со­стоя­ни­ях.

6. Ве­те­ри­нар­ная био­хи­мия.

7. Тех­ни­че­ская био­хи­мия изу­ча­ет со­став пи­ще­вых про­дук­тов, по­треб­ляе­мых че­ло­ве­ком, про­цес­сы их про­из­вод­ст­ва, пе­ре­ра­бот­ки и хра­не­ния на мо­ле­ку­ляр­ном уров­не, а так­же ос­нов­ные эле­мен­ты био­тех­но­ло­гии.

8. Срав­ни­тель­ная, ра­диа­ци­он­ная, кван­то­вая, кос­ми­че­ская био­хи­мия.

9. Био­хи­ми­че­ская ге­не­ти­ка и др.

Био­хи­мия раз­ви­ва­ет­ся бла­го­да­ря раз­ви­тию био­ло­гии, фи­зи­ки, ин­фор­ма­ти­ки, ма­те­ма­ти­ки и тех­ни­ки. Со­вре­мен­ная био­хи­мия ис­поль­зу­ет та­кие ме­то­ды как: рент­ге­но­ст­рук­тур­ный ана­лиз (РСТА), элек­трон­ная мик­ро­ско­пия, га­зо­вая, жид­ко­ст­ная и тон­кос­лой­ная хро­ма­то­гра­фия, ме­тод ме­че­ных ато­мов, УФ и ИК спек­тро­ско­пия, ядер­но-маг­нит­ный ре­зо­нанс (ЯМР – да­ет воз­мож­ность ис­сле­до­вать на­ли­чие ядер во­до­ро­да, азо­та и фос­фо­ра в ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ни­ях), элек­трон­ный па­ра­маг­нит­ный ре­зо­нанс (ЭПР – ис­сле­ду­ет сво­бод­ные ра­ди­ка­лы), масс-спек­тро­мет­рия (ис­сле­до­ва­ние ос­кол­ков мо­ле­кул, воз­ни­каю­щих при об­лу­че­нии ве­ще­ст­ва по­то­ком элек­тро­нов).

В не­драх со­вре­мен­ной био­хи­мии на ос­но­ве ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния воз­ник­ли та­кие раз­де­лы как:

1. Био­ор­га­ни­че­ская хи­мия.

Вы­яс­ня­ет фи­зи­ко-хи­ми­че­ские ос­но­вы функ­цио­ни­ро­ва­ния важ­ней­ших сис­тем жи­вой клет­ки, ис­поль­зуя идеи, ме­то­ды и прие­мы ор­га­ни­че­ской хи­мии. На­при­мер: син­тез при­род­ных со­еди­не­ний и их ана­ло­гов, хи­ми­че­ская мо­ди­фи­ка­ция ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний с це­лью ус­та­нов­ле­ния свя­зи ме­ж­ду строе­ни­ем и их био­ло­ги­че­ской функ­ци­ей.

2. Био­не­ор­га­ни­че­ская хи­мия.

Ис­сле­ду­ет струк­ту­ру и функ­цио­наль­ную ак­тив­ность ком­плек­сов не­ор­га­ни­че­ских ио­нов с ор­га­ни­че­ски­ми мо­ле­ку­ла­ми (ли­ган­да­ми), их уча­стие в про­цес­сах жиз­не­дея­тель­но­сти, вплоть до изу­че­ния воз­мож­но­сти ис­поль­зо­ва­ния ко­ор­ди­на­ци­он­ных со­еди­не­ний в ка­че­ст­ве мо­де­лей био­ло­ги­че­ских сис­тем.

В не­драх био­хи­мии на сты­ке био­ло­гии, хи­мии, ма­те­ма­ти­ки, ин­фор­ма­ти­ки воз­ник­ла но­вая нау­ка об осо­бен­но­стях строе­ния и свойств мо­ле­кул, обес­пе­чи­ваю­щих су­ще­ст­во­ва­ние био­ло­ги­че­ской фор­мы дви­же­ния ма­те­рии – мо­ле­ку­ляр­ная био­ло­гия.

Суть ис­сле­до­ва­ний мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии за­клю­ча­ет­ся в сле­дую­щем. Все жи­вые объ­ек­ты со­сто­ят из не­жи­вых мо­ле­кул, под­чи­няю­щих­ся фи­зи­че­ским и хи­ми­че­ским за­ко­нам по­ве­де­ния не­жи­во­го ве­ще­ст­ва. Тем не ме­нее жи­вые ор­га­низ­мы об­ла­да­ют не­обыч­ны­ми свой­ст­ва­ми, от­сут­ст­вую­щи­ми в про­стом ско­п­ле­нии не­жи­во­го ве­ще­ст­ва.

Ос­нов­ны­ми из этих свойств яв­ля­ют­ся:

1) Слож­ность и вы­со­кий уро­вень ор­га­ни­за­ции жи­вых ор­га­низ­мов. Они об­ла­да­ют ус­лож­нен­ной внут­рен­ней струк­ту­рой и со­дер­жат мно­го­чис­лен­ные со­еди­не­ния раз­но­об­раз­но­го строе­ния.

2) Спо­соб­ность из­вле­кать из ок­ру­жаю­щей сре­ды и пре­об­ра­зо­вы­вать энер­гию, ко­то­рая рас­хо­ду­ет­ся на по­строе­ние и под­дер­жа­ние ха­рак­тер­ной для жи­во­го слож­ной струк­тур­ной ор­га­ни­за­ции. При­чем в ка­че­ст­ве ис­ход­ных со­еди­не­ний ис­поль­зу­ют­ся дос­та­точ­но про­стые ве­ще­ст­ва: во­да, уг­ле­кис­лый газ, азот.

3) Са­мое по­ра­зи­тель­ное свой­ст­во ор­га­ни­че­ских ве­ществ – их спо­соб­ность к точ­но­му вос­про­из­ве­де­нию, что яв­ля­ет­ся ос­но­вой жиз­ни на Зем­ле.

Глав­ная за­да­ча, стоя­щая пе­ред со­вре­мен­ной био­хи­ми­ей и мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­ги­ей, за­клю­ча­ет­ся в том, что­бы оп­ре­де­лить, ка­ким об­ра­зом не­жи­вые мо­ле­ку­лы, со­став­ляю­щие жи­вые ор­га­низ­мы, взаи­мо­дей­ст­ву­ют друг с дру­гом, под­дер­жи­вая жи­вое со­стоя­ние, обес­пе­чи­вая его вос­про­из­во­ди­мость. По су­ще­ст­ву мо­ле­ку­ляр­ная био­ло­гия – это сво­его ро­да су­пер­хи­мия, ко­то­рая вклю­ча­ет в се­бя все тра­ди­ци­он­ные об­лас­ти хи­мии, но в то же вре­мя яв­ля­ет­ся чем-то боль­шим. По­сколь­ку мо­ле­ку­лы, вхо­дя­щие в со­став жи­вых ор­га­низ­мов, не толь­ко под­чи­ня­ют­ся всем из­вест­ным фи­зи­че­ским и хи­ми­че­ским за­ко­нам, но кро­ме то­го, взаи­мо­дей­ст­ву­ют друг с дру­гом в со­от­вет­ст­вии с осо­бой сис­те­мой прин­ци­пов, ко­то­рую обоб­щен­но мож­но на­звать мо­ле­ку­ляр­ной ло­ги­кой жи­во­го.

На ос­но­ве мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии воз­ник­ли но­вые на­прав­ле­ния в био­ло­гии: био­хи­ми­че­ская сис­те­ма­ти­ка, мо­ле­ку­ляр­ная эво­лю­ция, био­хи­ми­че­ская ге­не­ти­ка. Бла­го­да­ря этим на­прав­ле­ни­ям опи­са­тель­ный ха­рак­тер био­ло­ги­че­ских на­ук – бо­та­ни­ки, зоо­ло­гии, ге­не­ти­ки, всё бо­лее из­ме­ня­ет­ся в на­прав­ле­нии по­зна­ния сущ­но­сти био­ло­ги­че­ских яв­ле­ний на мо­ле­ку­ляр­ном уров­не.

Уже сей­час изу­че­ние рос­та, раз­ви­тия и диф­фе­рен­ци­ров­ки рас­ти­тель­ных и жи­вот­ных форм не­воз­мож­но без зна­ния мо­ле­ку­ляр­ных ос­нов этих про­цес­сов.