Что изучает биохимия человека
Биохимия
Биохи́мия (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) — 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 (Carl Neuberg).
Биохимия находится на стыке нескольких наук, прежде всего — биологии и химии.
Содержание
Смежные дисциплины
История развития
Как самостоятельная наука биохимия сформировалась примерно 100 лет назад, однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности, не подозревая, разумеется, об их истинной сущности. В самые отдалённые времена уже была известна технология таких основанных на биохимических процессах производств, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, выделка кож. Необходимость борьбы с болезнями заставляла задумываться о превращениях веществ в организме, искать объяснения целебным свойствам лекарственных растений. Использование растений в пищу, для изготовления красок и тканей также приводило к попыткам понять свойства веществ растительного происхождения.
Итальянский учёный и художник Леонардо да Винчи на основании своих опытов сделал важный вывод о том, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.
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.
В 1882 году Иван Горбачевский впервые в мире осуществил синтез мочевой кислоты из глицина. В дальнейших исследованиях он установил источник и пути её образования в человеческом и животном организмах. В 1885 году ему удалось получить метилмочевую кислоту из метилгидантоина и карбамида. В 1886 году он предложил новый метод синтеза креатина, а в 1889—1891 годах открыл фермент ксантиноксидазу. Иван Горбачевский одним из первых указал, что аминокислоты являются составляющими белков.
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. На рубеже XIX и XX веков работал немецкий биохимик Э. Фишер. Он сформулировал основные положения пептидной теории строения белков, установил структуру и свойства почти всех входящих в их состав аминокислот. Но лишь в 1926 г. Джеймсу Самнеру удалось получить первый чистый фермент, уреазу, и доказать, что фермент — это белок.
Биохимия стала первой биологической дисциплиной с развитым математическим аппаратом благодаря работам Холдейна, Михаэлиса, Ментен и других биохимиков, создавших ферментативную кинетику, основным законом которой является уравнение Михаэлиса-Ментен.
Открытие ферментов позволило начать грандиозную работу по полному описанию всех процессов метаболизма, не завершённую до сих пор. Одними из первых значительных находок в этой области стали открытия витаминов, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
В 1928 г. Фредерик Гриффит впервые показал, что экстракт убитых нагреванием болезнетворных бактерий может передавать признак патогенности неопасным бактериям. Исследование трансформации бактерий в дальнейшем привело к очистке болезнетворного агента, которым, вопреки ожиданиям, оказался не белок, а нуклеиновая кислота. Сама по себе нуклеиновая кислота не опасна, она лишь переносит гены, определяющие патогенность и другие свойства микроорганизма. В 1953 году американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик описали структуру ДНК — ключ к пониманию принципов передачи наследственной информации. Это открытие означало рождение нового направления науки — молекулярной биологии.
Методы
В основе биохимической методологии лежит фракционирование, анализ, изучение структуры и свойств отдельных компонентов живого вещества. Методы биохимии преимущественно формировались в XX веке; наиболее распространенными являются хроматография, изобретённая М.С. Цветом в 1906 г., центрифугирование (Т. Сведберг, 1923 г., Нобелевская премия по химии 1926 г.) и электрофорез (А. Тизелиус, 1937 г., Нобелевская премия по химии 1948 г.).
Что изучает биохимия человека
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.
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.
Как постигать медицину: биохимия
Итак, ты — студент второго курса медицинского университета. Ты только пару месяцев назад сдал биологию и химию, но уже хочется чего-то нового, почти медицинского. И тут в расписании тебе на глаза попадается биохимия. «Ну, химию мы все в школе сдавали, и зачет на первом курсе по ней простой был, тоже будет несложно», — думаешь ты. Но потом приходишь на пару, видишь на стене цикл Кребса, апоптоз, гликолиз или пути распада билирубина, или еще что-то масштабное и непонятное. Вроде также куча реакций, как и на химии, но соединения, а также их метаморфозы — сложнее. Везде формулы, везде реакции, длинные названия ферментов в 30 знаков, а самое главное, непонятно, что откуда берется и как получается. И если с самого начала не разобраться, КАК УЧИТЬ БИОХИМИЮ, полюбить этот предмет будет почти невозможно.
Биохимия (биологическая химия, или физиологическая химия) — наука о химическом составе живых организмов, а также о лежащих в основе их жизнедеятельности химических процессах.
Нам, как врачам, медицинская биохимия нужна, чтобы связать в единое целое функционирование разных органов, понять причинно-следственные связи в организме, назначать и интерпретировать результаты лабораторных исследований (биологических жидкостей, биоптатов и т. д.). К примеру, именно на биохимии вы поймете, как отсутствие буквально одного фермента вызывает тяжелое заболевание (ферментопатия), почему витамины так важны для организма, или же узнаете, каким способом можно ускорить липолиз (всякий, кто интересуется обменом веществ с практической стороны, не пожалеет о потраченном времени).
Все клинические дисциплины базируются на фундаментальных медико-биологических дисциплинах: анатомии, биохимии, физиологии, микробиологии, патанатомии и патофизиологии. Убираем что-то одно — и остается большая пропасть в голове и ничем не обоснованные гадания о типе болезни, ее причинах и стратегиях лечения.
Как не терять время зря
Итак, основные советы для изучения биохимии:
1) Сразу типичный совет: старайтесь не зубрить. Некоторые вещи типа лабораторных показателей, формул и т. п. таки придется запомнить, но часто при освоении материала необходимо опираться на логику, имеющиеся знания по предыдущим предметам, понимание процессов.
Зубрить — это самый тяжелый путь, под силу не каждому. А биохимия невероятно логичный предмет (в плане логики построения и номенклатуры названий не уступает химии), и если действительно в ней разобраться, учиться станет намного приятнее и интереснее.
2) Поатомно запоминать придется далеко не все формулы.
Достаточно запомнить лишь основные и изучить, как из одного вещества получается другое. Первая тренировка с формулами будет при встрече с аминокислотами. Часто они отличаются заместителями, и запомнив основной скелет, можно легко из него «доделать» еще несколько аминокислот.
3) В учебниках никогда не пропускайте схемы, таблицы и рисунки. Они значительно облегчают усвоение. Будет еще лучше, если вы начнете рисовать свои.
Биохимия — это предмет, который можно учить на схемах и атласах, и достаточно часто текст учебника или лекций использовать только в качестве пояснений.
4) Рисуйте. Рисуйте формулы, реакции, схемы, да и вообще любую наглядную информацию. Только самостоятельно нарисовав и объяснив себе метаболический путь, вы действительно разберетесь в нем.
5) Если начали учить последовательность реакций, не прекращайте на середине.
Как показывает опыт, лучше с самого начала разобраться в какой-то схеме до конца. В биохимии все реакции исходят одна из другой (это называется метаболический путь), и если понять их логику и довести до конца, они станут понятны. Не обязательно учить саму реакцию, можно просто понять, какая модификация происходит (часто это легко выясняется по названию фермента).
6) И наоборот, изучайте один путь за раз. Если вы попытаетесь одновременно выучить все (или несвязанные) метаболические пути, то высок риск запутаться и как следует не запомнить ни один из них. Лучше сосредоточиться на одном пути и посвятить время только ему одного, прежде чем перейти к изучению другого.
7) Не переходите к следующей реакции в пути, если не поняли предыдущую.
Нельзя вырвать какой-то кусок и надеяться, что прокатит. Не прокатит! Так что уделите лучше еще немного времени предыдущей реакции.
Соблюдая эти правила, вы сможете избежать несистемности знаний. Как в любом предмете, ваш успех в биохимии будет зависеть от качества и сохранности приобретенных знаний за прошлые годы. А последующий успех в учебе, что логично, будет зависеть от знаний по биохимии.
Несколько «китов» биохимии
В биохимии есть несколько особо важных разделов, изучение которых откладывать не стоит никоим образом. На них зиждется изучение всей биохимии, и без этих знаний углубляться в изучение предмета не стоит.
Раз и навсегда стоит выучить:
1) Главные азотистые основания. Их всего пять, а их знание значительно облегчит жизнь.
2) Аминокислоты и витамины (которые в 90 % случаев являются кофакторами). Выучите, как таблицу умножения. Потом будете радоваться, что это сделали.
3) Типы реакций и как они идут.
Это общие принципы, по которым идут реакции. К примеру, прямое окислительное дезаминирование аминокислот. Если вы разберетесь, вам будет достаточно знать, какие реакции идут по данному пути. Написать реакцию не составит труда, так как все они однотипные.
4) Химическую номенклатуру и классификацию ферментов
Лучше потратить немного времени и разобраться в них, чем потом мучительно запоминать такие названия, как глицеральдегид-3-фосфат или гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансфераза.
5) Катаболизм, анаболизм питательных веществ и их стадии.
Не в формулах, а просто чтобы знать где какая из стадий протекает, и понимать, что при катаболизме мы расщепляем в большинстве случаев до простых соединений, как CO2, вода, аммиак, а при анаболизме чаще всего происходит синтез сложных веществ из более простых (глюконеогенез, фотосинтез).
6) Лабораторные показатели анализов. Да, много цифр. Да, самих показателей много. Но это надо знать, так как разбираться с анализами придется на протяжении всей учебы. Почти невозможно найти патологические изменения в анализе, если не знаешь нормальные.
Данных разделов вполне достаточно, чтобы начать изучение метаболических путей — самой важной части биохимии.
Как не запутаться
Метаболические пути — это последовательно связанные серии химических реакций, происходящих внутри клетки. Реагенты, конечные и промежуточные продукты реакций называют метаболитами. Они поэтапно модифицируются в серии химических реакций, катализируемых ферментами.
Особенность метаболических путей в том, почти все метаболиты будут использоваться в других метаболических путях, за исключением небольшого числа, которые выводятся из организма.
Большинство метаболических путей часто представлены в учебниках в виде цепочки реакций, где продукт одной реакции становится субстратом следующей. Существует несколько типов метаболических путей:
1) Линейный метаболический путь
Каждая реакция линейного пути генерирует только один продукт, который является реагентом для следующей реакции в пути.
2) Разветвленный метаболический путь
Такие пути обычно генерируют два продукта, каждый из которых имеет свою метаболическую судьбу.
3) Циклический метаболический путь
Циклические пути содержат несколько метаболитов, которые регенерируют в течение каждого хода цикла, и служат как реагентами, так и продуктами в каждой реакции. То есть циклический путь и начинается, и заканчивается одним и тем же веществом.
Такой способ записи значительно отличается от принятого в школе, но к нему придется привыкнуть, так как даже в более серьезной литературе очень сложно найти подробно расписанные реакции в виду их масштабности и сложности.
В организме есть несколько основных метаболических путей:
1) Цикл трикарбоновых кислот Кребса (система биохимических реакций, посредством которой организм получает основную энергию в результате окисления пищи)
2) Пентозофосфатный путь (прямое окисление глюкозы, в результате которого происходит укорочение молекулы глюкозы на один атом)
3) Гликолиз (сложный ферментативный процесс распада глюкозы до пирувата)
4) Глюконеогенез (метаболический путь, приводящий к образованию глюкозы из неуглеводных соединений)
5) Бета-окисление (метаболический процесс распада жирных кислот)
6) Биосинтез жирных кислот (метаболический путь, в результате которого происходит образование жирных кислот из более простых соединений)
7) Орнитиновый цикл (циклический ферментативный процесс, состоящий из последовательных превращений аминокислоты орнитина и приводящий к синтезу мочевины)
Чтобы не запутаться в них стоит твердо знать, какой путь за что отвечает. К примеру, глюконеогенез — это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, кетокислот, аминокислот. Из этого можно сделать вывод, из чего и что именно у нас должно выйти в конце. Для каждого пути стоит помнить начальное вещество и конечное, а для циклов — как он будет замыкаться. Это важно, так как каждый из основных путей состоит из как минимум пяти реакций, происходящих одна из другой. Крайне сложно составить путь, если не знаешь, к какому результату должен прийти.
Существует несколько типов биохимических реакций:
1) Присоединение
Это реакции, в результате которых атомы или молекулы присоединяются по кратным связям.
2) Отщепление (Элиминирование)
Процесс, обратный присоединению — отщепление молекул воды с образованием двойной связи.
3) Диссоциация
Перенос протона на основание.
4) Протонирование
Перенос протона на молекулу кислоты.
5) Замещение
Замена одной функциональной группы на другую.
6) Окислительно-восстановительные реакции.
Это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления путем перераспределения электронов между атомом-окислителем (акцептором) и атомом-восстановителем (донором).
Именно окислительно-восстановительные реакции обычно вызывают затруднения.
Начав изучать метаболические пути, вы обязательно наткнетесь на окислительно-восстановительные реакции. Не стоит их пугаться, они не такие сложные, как может показаться, и в большинстве случаев в них, как в школе, не получается совершенно другое вещество.
Лайфхаки
В любой сфере есть свои секреты, помогающие облегчить жизнь. Биохимия не исключение. Много поколений студентов медицинских ВУЗов искали способы упростить изучение предмета. Интернет полон различных лайфхаков, надо просто найти или придумать свой.
1) Попробуйте использовать мнемотехники.
Для запоминания названий соединений в метаболических путях существуют специальные стихи. Классическим примером является такой стих-мнемоника о цикле Кребса:
ЩУКа съела ацетат, получается цитрaт,
Через цисaконитaт будет он изоцитрaт.
Вoдoрoды отдaв НАД, oн теряет СО2,
Этoму безмернo рaд aльфa-кетоглутaрaт.
Окисление грядет — НАД похитил вoдoрoд,
ТДФ, коэнзим А забирают СО2.
А энергия едва в сукциниле пoявилась,
Сразу АТФ рoдилась и oстался сукцинат.
Вот дoбрался он дo ФАДа — вoдoрoды тому надo,
Фумарат воды напился, и в малат oн превратился.
Тут к малату НАД пришел, вoдoрoды приобрел,
ЩУКа снoва oбъявилась и тихoнькo затаилась.
Еще есть вот такой способ:
«Целый ананас и кусочек суфле сегодня фактически мой обед»
ц — цитрат
а — (цис)-аконит
к — (альфа)-кетоглутарат
с — сукцинил-КоА.
с — сукцинат
ф — фумарат
м — малат
о — оксалоацетат
Запоминалка для незаменимых аминокислот:
Валя изобрела лейку, Лиза метлу, Феня трещит трижды.
А если аминокислоты расположить в соответствии с химическими свойствами радикалов, то их названия запоминаются таким описанием осеннего пейзажа.
Алый вальс. Летит из лога — аланин, валин, лейцин, изолейцин
Медь прощаний, трав финал. — метионин, пролин, триптофан, фенилаланин
Глина серая, тревога, — глицин, серин, треонин
Церемонность, тишина. — цистеин, тирозин
Аспидные глуби листопада — аспарагин и аспарагиновая кислота, глутамин и глутаминовая кислота, лизин.
Падают в гигантские аркады. — гистидин, аргинин.
Есть способ, согласно которому вы запоминаете названия в виде образов. Например, Щавелево-Уксусная Кислота — ЩУКа.
2) Изменяйте запись формулы, если она для вас непонятна.
К примеру, это реакция прямого окислительного дезаминирования глутамата. Однако глутамат записан крайне непривычно для человека, который учил аминокислоты. Взглянув на формулу, с первого раза сложно понять, что это именно глутамат. Поэтому проще взять и записать формулу так, как выучил и посмотреть, что в ней по итогу изменится.
Вариант из учебника
Учебные материалы
Приводим подборку учебников, которые прекрасно справляются со своей задачей. Основные учебники достаточно полноценны и практически исчерпывают список экзаменационных вопросов. Также есть несколько других известных учебников, которые могут чуть подробней рассматривать некоторые моменты, и тем самым расширить ваш арсенал знаний.
Ключевые учебники по изучению медицинской биохимии:
Основной эшелон:
1. Северин Биохимия. изд 5. 2016 г ГЭОТАР. на 700 с лишним страниц. Следует отличать его от упрощенного варианта на 300 страниц. Самый ходовой и идеально вписывающийся в программу медицинского вуза учебник. Именно Биохимия Северина чаще всего выдается в библиотеках университета.
2. Основы биохимии Ленинджера. Классический величественный трехтомник, более универсален, охватывает гораздо больше тем. Содержит интересные задачи. Иной подход к структурированию материалов, больше разнообразия. Свежий переводной вариант — Нельсон, Кокс, издательство «Лаборатория знаний», третье издание. 2017. Часто содержится в количестве 1-2 комплекта на кафедру, личный экземпляр влетит вам в 6-9 тысяч, но вы не пожалеете.
Резерв:
1. Комов, Шведова, Биохимия. Легкий компактный вариант, но для глубокого изучения предмета его недостаточно. Иногда проясняет те моменты, которые не изложены в Северине, поэтому неплохим вариантом будет использовать эти 2 учебника в тандеме.
2. Сайт Тимина О. А. https://biokhimija.ru Изложено коротко, упрощенно и очень понятно. Удобная навигация, много схем и все они описаны.
3. Березов, Коровкин «Биологическая химия».
Достаточно сложный учебник, в который входят темы, которых нет в программе. Но если вы действительно увлечены биохимией, стоит его изучить.
Ключевые учебники по изучению клинической биохимии:
1. Ткачук. Клиническая биохимия. Рассчитан не на простого студента, а на людей, которые уже имеют базовые знания биохимии и стремятся их углубить. Рекомендуется тем, кто проходит данную дисциплину, ординаторам, практикующим врачам-клиницистам и очень продвинутым студентам-медикам.
2. Маршалл В.Д. Клиническая биохимия. Книга содержит большое количество наглядной информации в схемах, таблицах. Также в ней есть отличная подборка клинических примеров. Рассчитана на студентов-биохимиков, преподавателей и врачей.
3. Клиническая лабораторная диагностика, национальное руководство.
Актуальность англоязычных учебников гораздо меньше ввиду наличия переведенного учебника Ленинджера. Но тем не менее:
1) BIOCHEMICAL PATHWAYS: AN ATLAS OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY. Атлас.
2) Biochemistry / Roger L. Miesfeld, Megan M. McEvoy
3) Jeremy M. Berg ohn L. Tymoczko Gregory J. Gatto, Jr. Lubert Stryer Biochemistry
4) Mary K. Campbell Biochemistry
5) Textbook of BIOCHEMISTRY for Medical Students D. M. Vasudevan.
БИОХИМИЯ (биологическая химия)
Биохимия (биологическая химия) — биологическая наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения и связь этих превращений с деятельностью органов и тканей. Совокупность процессов, неразрывно связанных с жизнедеятельностью, принято называть обменом веществ (см. Обмен веществ и энергии).
Изучение состава живых организмов издавна привлекало внимание ученых, поскольку к числу веществ, входящих в состав живых организмов, помимо воды, минеральных элементов, липидов, углеводов и т. д., относится ряд наиболее сложных органических соединений: белки и их комплексы с рядом других биополимеров, в первую очередь с нуклеиновыми кислотами.
Установлена возможность спонтанного объединения (при определенных условиях) большого числа белковых молекул с образованием сложных надмолекулярных структур, напр. белкового чехла хвоста фага, некоторых клеточных органоидов и т. д. Это позволило ввести понятие о самособирающихся системах. Такого рода исследования создают предпосылки для решения проблемы образования сложнейших надмолекулярных структур, обладающих признаками и свойствами живой материи, из высокомолекулярных органических соединений, возникших некогда в природе абиогенным путем.
Современная Биохимия как самостоятельная наука сложилась на рубеже 19 и 20 вв. До этого времени вопросы, рассматриваемые ныне Б., изучались с разных сторон органической химией и физиологией. Органическая химия (см.), изучающая углеродистые соединения вообще, занимается, в частности, анализом п синтезом тех хим. соединений, которые входят в состав живой ткани. Физиология (см.) же наряду с изучением жизненных функций изучает и хим. процессы, лежащие в основе жизнедеятельности. Т. о., биохимия является продуктом развития этих двух наук и ее можно подразделить на две части: статическую (или структурную) и динамическую. Статическая Б. занимается изучением природных органических веществ, их анализом и синтезом, тогда как динамическая Б. изучает всю совокупность химических превращений тех или иных органических соединений в процессе жизнедеятельности. Динамическая Б., т. о., стоит ближе к физиологии и медицине, чем к органической химии. Этим и объясняется то, что вначале Б. называлась физиологической (или медицинской) химией.
Как всякая быстро развивающаяся наука, Биохимия вскоре после своего возникновения начала делиться на ряд обособленных дисциплин: биохимия человека и животных, биохимия растений, биохимия микробов (микроорганизмов) и ряд других, поскольку, несмотря на биохимическое единство всего живого, в животных и растительных организмах существуют и коренные различия в характере обмена веществ. В первую очередь это касается процессов ассимиляции. Растения, в отличие от животных организмов, обладают способностью использовать для построения своего тела такие простые химические вещества, как углекислый газ, вода, соли азотной и азотистой кислот, аммиак и др. При этом процесс построения клеток растений требует для своего осуществления притока энергии извне в форме солнечного света. Использование этой энергии первично осуществляют зеленые аутотрофные организмы (растения, простейшие — Euglena, ряд бактерий), которые в свою очередь сами служат пищей для всех остальных, так наз. гетеротрофных организмов (в т. ч. и человека), населяющих биосферу (см.). Т. о., выделение биохимии растений в особую дисциплину является обоснованным как с теоретической, так и практической сторон.
Развитие ряда отраслей промышленности и сельского хозяйства (переработка сырья растительного и животного происхождения, приготовление пищевых продуктов, изготовление витаминных и гормональных препаратов, антибиотиков и т. д.) привело к выделению в особый раздел технической Б.
При изучении химизма различных микроорганизмов исследователи столкнулись с целым рядом специфических веществ и процессов, представляющих большой научно-практический интерес (антибиотики микробного и грибкового происхождения, различные виды брожений, имеющие промышленное значение, образование белковых веществ из углеводов и простейших азотистых соединений и т. д.). Все эти вопросы рассматривают в биохимии микроорганизмов.
В 20 в. возникла как особая дисциплина биохимия вирусов (см. Вирусы).
Потребностями клинической медицины было вызвано возникновение клинической биохимии (см.).
Из других разделов Б., которые обычно рассматриваются как достаточно обособленные дисциплины, имеющие свои задачи и специфические методы исследования, следует назвать: эволюционную и сравнительную Б. (биохимические процессы и хим. состав организмов на различных стадиях их эволюционного развития), энзимологию (структура и функция ферментов, кинетика ферментативных реакций), Б. витаминов, гормонов, радиационную биохимию, квантовую биохимию — сопоставление свойств, функций и путей превращения биологически важных соединений с их электронными характеристиками, полученными с помощью квантовохимических расчетов (см. Квантовая биохимия).
Особенно перспективным оказалось изучение структуры и функции белков и нуклеиновых кислот на молекулярном уровне. Этот круг вопросов изучается науками, возникшими на стыках Б. с биологией и генетикой,— молекулярной биологией (см.) и биохимической генетикой (см.).
Исторический очерк развития исследований по химии живой материи. Изучение живой материи с химической стороны началось с того момента, когда возникла необходимость исследования составных частей живых организмов и совершающихся в них химических процессов в связи с запросами практической медицины и сельского хозяйства. Исследования средневековых алхимиков привели к накоплению большого фактического материала по природным органическим соединениям. В 16 — 17 вв. воззрения алхимиков получили развитие в трудах ятрохимиков (см. Ятрохимия), считавших, что жизнедеятельность организма человека можно правильно понять лишь с позиций химии. Так, один из виднейших представителей ятрохимии — немецкий врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс выдвинул прогрессивное положение о необходимости тесной связи химии с медициной, подчеркивая при этом, что задача алхимии не в изготовлении золота и серебра, а в создании того, что является силой и добродетелью медицины. Ятрохимики ввели в мед. практику препараты ртути, сурьмы, железа и других элементов. Позже И. Ван-Гельмонт высказал предположение о наличии в «соках» живого тела особых начал — так наз. «ферментов», участвующих в разнообразных хим. превращениях.
В 17 —18 вв. широкое распространение получила теория флогистона (см. Химия). Опровержение этой, ошибочной в своей основе, теории связано с работами М. В. Ломоносова и А. Лавуазье, открывших и утвердивших в науке закон сохранения материи (массы). Лавуазье внес важнейший вклад в развитие не только химии, но и в изучение биол, процессов. Развивая более ранние наблюдения Майова (J. Mayow, 1643—1679), он показал, что при дыхании, как и при горении органических веществ, поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Одновременно им же, вместе с Лапласом, было показано, что процесс биологического окисления является и источником животной теплоты. Это открытие стимулировало исследования по энергетике метаболизма, в результате чего уже в начале 19 в. было определено количество тепла, выделяемого при сгорании углеводов, жиров и белков.
Крупными событиями второй половины 18 в. стали исследования Реомюра (R. Reaumur) и Спалланцани (L. Spallanzani) по физиологии пищеварения. Эти исследователи впервые изучили действие желудочного сока животных и птиц на различные виды пищи (гл. обр. мясо) и положили начало изучению ферментов пищеварительных соков. Возникновение энзимологии (учения о ферментах), однако, обычно связывают с именами К. С. Кирхгофа (1814), а также Пейена и Персо (A. Payen, J. Persoz, 1833), впервые изучивших действие на крахмал фермента амилазы in vitro.
Важную роль сыграли работы Пристли (J. Priestley) и особенно Ингенхауса (J. Ingenhouse), открывших явление фотосинтеза (конец 18 в.).
На рубеже 18 и 19 вв. были проведены и другие фундаментальные исследования в области сравнительной биохимии; тогда же было установлено существование круговорота веществ в природе.
Успехи статической Б. с самого начала были неразрывно связаны с развитием органической химии.
Толчком к развитию химии природных соединений явились исследования шведского химика К. Шееле (1742 — 1786). Он выделил и описал свойства целого ряда природных соединений — молочную, винную, лимонную, щавелевую, яблочную кислоты, глицерин и амиловый спирт и др. Большое значение имели исследования И. Берцелиуса и 10. Либиха, закончившиеся разработкой в начале 19 в. методов количественного элементарного анализа органических соединений. Вслед за этим начались попытки синтезировать природные органические вещества. Достигнутые успехи — синтез в 1828 г. мочевины Ф. Веллером, уксусной к-ты А. Кольбе (1844), жиров П. Бертло (1850), углеводов А. М. Бутлеровым (1861) — имели особенно большое значение, т. к. показали возможность синтеза in vitro ряда органических веществ, входящих в состав животных тканей или же являющихся конечными продуктами обмена. Тем самым была установлена полная несостоятельность широко распространенных в 18—19 вв. виталистических представлений (см. Витализм). Во второй половине 18 — начале 19 в. были проведены и многие другие важные исследования: из мочевых камней была выделена мочевая к-та (Бергман и Шееле), из желчи — холестерин [Конради (J. Conradi)], из меда — глюкоза и фруктоза (Т. Ловиц), из листьев зеленых растений — пигмент хлорофилл [Пеллетье и Кавенту (J. Pelletier, J. Caventou)], в составе мышц был открыт креатин [ Шев-рель (М. E. Chevreul)]. Было показано существование особой группы органических соединений — растительных алкалоидов (Сертюрнер, Мейстер и др.), нашедших позднее применение в мед. практике. Из желатины и бычьего мяса путем их гидролиза были получены первые аминокислоты — глицин и лейцин [Пруст (J. Proust), 1819; Браконно (H. Braconnot), 1820].
Во Франции в лаборатории К. Бернара в составе ткани печени был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление. В Германии в лабораториях Э. Фишера, Э. Ф. Гоппе-Зейлера, А. Косселя, Э. Абдергальдена и других были изучены структура и свойства белков, а также продуктов их гидролиза, в т. ч. и ферментативного.
В связи с описанием дрожжевых клеток (К. Коньяр-Латур во Франции и Т. Шванн в Германии, 1836 —1838 гг.) начали активно изучать процесс брожения (Либих, Пастер и др.). Вопреки мнению Либиха, рассматривавшего процесс брожения как чисто химический процесс, протекающий с обязательным участием кислорода, Л. Пастер установил возможность существования анаэробиоза т. е. жизни в отсутствие воздуха, за счет энергии брожения (процесса, неразрывно связанного, по его мнению, с жизнедеятельностью клеток, напр, клеток дрожжей). Ясность в этот вопрос была внесена опытами М. М. Манассеиной (1871), показавшей возможность сбраживания сахара разрушенными (растиранием с песком) дрожжевыми клетками, и особенно работами Бухнера (1897) по природе брожения. Бухнеру удалось получить из дрожжевых клеток бесклеточный сок, способный, подобно живым дрожжам, сбраживать сахар с образованием спирта и углекислоты.
Возникновение и развитие биологической (физиологической) химии
Накопление большого количества сведений относительно химического состава растительных и животных организмов и химических процессов, протекающих в них, привело к необходимости систематизации и обобщений в области Биохимии Первой работой в этом плане был учебник Зимона (J. E. Simon) «Handbuch der angewandten medizinischen Chemie» (1842). Очевидно, именно с этого времени термин «биологическая (физиологическая) химия» утвердился в науке.
Несколько позднее (1846) вышла в свет монография Либиха «Die Tierchemie oder die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Physiologie und Pathologie». В России первый учебник физиологической химии был издан профессором Харьковского университета А. И. Ходневым в 1847 г. Периодическая литература по биологической (физиологической) химии регулярно начала выходить с 1873 г. в Германии. В этом году Мали (L. R. Maly) опубликовал «Jahres-Bericht uber die Fortschritte der Tierchemie». B 1877 г. Э. Ф. Гоппе-Зейлером был основан научный журнал «Zeitschr. fur physiologische Chemie», переименованный впоследствии в «Hoppe-Seyler’s Zeitschr. fur physiologische Chemie». Позднее биохимические журналы начали издаваться во многих странах мира на английском, французском, русском и других языках.
Во второй половине 19 в. на медицинских факультетах многих русских и зарубежных университетов были учреждены специальные кафедры медицинской, или физиологической, химии. В России первая кафедра медицинской химии была организована А. Я. Данилевским в 1863 г. в Казанском ун-те. В 1864 г. А. Д. Булыгинский основал кафедру медицинской химии на медицинском ф-те Московского ун-та. Вскоре кафедры медицинской химии, позднее переименованные в кафедры физиологической химии, возникают на медицинских факультетах других университетов. В 1892 г. начинает функционировать организованная А. Я. Данилевским кафедра физиологической химии в Военно-медицинской (медико-хирургической) академии в Петербурге. Однако чтение отдельных разделов курса физиологической химии проводилось там значительно раньше (1862— 1874) на кафедре химии (А. П. Бородин).
Подлинный расцвет Б. наступил в 20 в. В самом начале ого была сформулирована и экспериментально обоснована полипептидная теория строения белков (Э. Фишер, 1901 — 1902, и др.). Позднее был разработан ряд аналитических методов, в т. ч. микрометодов, позволяющих изучать аминокислотный состав минимальных количеств белка (несколько миллиграммов); широкое распространение получил метод хроматографии (см.), впервые разработанный русским ученым М. С. Цветом (1901 — 1910), методы рентгеноструктурного анализа (см.), «меченых атомов» (изотопной индикации), цитоспектрофотометрии, электронной микроскопии (см.). Крупных успехов добивается препаративная белковая химия, разрабатываются эффективные методы выделения и фракционирования белков и ферментов и определения их молекулярного веса [Коэн (S. Cohen), Тизелиус (A. Tiselius), Сведберг (Т. Swedberg)].
Расшифровывается первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура многих белков (в т. ч. и ферментов) и полипептидов. Синтезируется ряд важных, обладающих биологической активностью белковых веществ.
Крупнейшие заслуги в развитии этого направления связаны с именами Л. Полинга и Кори (R. Corey) — структура полипептидных цепей белка (1951); В. Виньо — структура и синтез окситоцина и вазопрессин (1953); Сэнгера (F. Sanger) — структура инсулина (1953); Стайна (W. Stein) и С. Мура — расшифровка формулы рибонуклеазы, создание автомата для определения аминокислотного состава белковых гидролизатов; Перутца (М. F. Perutz), Кендрю (J. Kendrew) и Филлипса (D. Phillips) — расшифровка с помощью методов рентгеноструктурного анализа структуры и создание трехмерных моделей молекул миоглобина, гемоглобина, лизоцима и ряда других белков (1960 и последующие годы).
Выдающееся значение имели работы Самнера (J. Sumner), впервые доказавшего (1926) белковую природу фермента уреазы; исследования Нортропа (J. Northrop) и Кунитца (М. Kunitz) по очистке и получению кристаллических препаратов ферментов — пепсина и других (1930); В. А. Энгельгардта о наличии АТФ-азной активности у контрактильного белка мышц миозина (1939 — 1942) и т. д. Большое число работ посвящается изучению механизма ферментативного катализа [Михаэлис и Ментен (L. Michaelis, М. L. Menten), 1913; Р. Вильштеттер, Теорелль, Кошленд (Н. Theorell, D. E. Koshland), A. E. Браунштейн и М. М. Шемякин, 1963; Штрауб (F. В. Straub) и др.], сложных мультиферментных комплексов (С. Е. Северин, Ф. Линен и др.), роли структуры клеток в осуществлении ферментативных реакций, природы активных и аллостерических центров в молекулах ферментов (см. Ферменты), первичной структуры ферментов [В. Шорм, Анфинсен (С. В. Anfinsen), В. Н. Орехович и др.], регуляции активности ряда ферментов гормонами (В. С. Ильин и др.). Изучаются свойства «семейств ферментов» — изоферментов [Маркерт, Каплан, Вроблевский (С. Markert, N. Kaplan, F. Wroblewski), 1960—1961].
Важным этапом в развитии Б. явилась расшифровка механизма биосинтеза белка при участии рибосом, информационной и транспортной форм рибонуклеиновых кислот [Ж. Браше, Ф. Жакоб, Моно (J. Monod), 1953—1961; А. Н. Белозерский (1959); А. С. Спирин, А. А. Баев (1957 и последующие годы)].
Блестящие работы Чаргаффа (E. Chargaff), Ж. Дейвидсона, особенно Дж. Уотсона, Ф. Крика и Уилкинса (М. Wilkins), завершаются выяснением структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (см.). Устанавливается двухспиральная структура ДНК и роль ее в передаче наследственной информации. Осуществляется синтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) А. Корнбергом (1960 — 1968), Вейссом (S. Weiss), С. Очоа. Решается (1962 и последующие годы) одна из центральных проблем современной Б. — расшифровывается РНК-аминокислотный код [Крик, М. Ниренберг, Маттеи (F. Crick, J. H. Matthaei), и др.].
Впервые синтезируется один из генов и фаг фх174. Вводится понятие о молекулярных болезнях, связанных с определенными дефектами в структуре ДНК хромосомного аппарата клетки (см. Молекулярная генетика). Разрабатывается теория регуляции работы цистронов (см.), ответственных за синтез различных белков и ферментов (Жакоб, Моно), продолжается изучение механизма белкового (азотистого) обмена.
Ранее классическими исследованиями И. П. Павлова и его школы раскрываются основные физиологические и биохимические механизмы работы пищеварительных желез. Особенно плодотворным было содружество лабораторий А. Я. Данилевского и М. В. Ненцкого с лабораторией И. П. Павлова, к-рое привело к выяснению места образования мочевины (в печени). Ф. Гопкинс и его сотр. (Англия) установили значение ранее неизвестных компонентов пищи, развив на этой основе новую концепцию заболеваний, вызываемых пищевой недостаточностью. Устанавливается существование заменимых и незаменимых аминокислот, разрабатываются нормы белка в питании. Расшифровывается промежуточный обмен аминокислот — дезаминирование, переаминирование (А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман), декарбоксилирование, их взаимные превращения и особенности обмена (С. Р. Мардашев и др.). Выясняются механизмы биосинтеза мочевины (Г. Кребс), креатина и креатинина, открывается и подвергается детальному изучению группа экстрактивных азотистых веществ мышц — дипептиды карнозин, карнитин, ансерин [В. С. Гулевич, Аккерманн (D. Ackermann), С. Е. Северин и др.]. Детальному изучению подвергаются особенности процесса азотистого обмена у растений (Д. Н. Прянишников, В. Л. Кретович и др.). Особое место заняло изучение нарушений азотистого обмена у животных и человека при белковой недостаточности (С. Я. Капланский, Ю. М. Гефтер и др.). Осуществляется синтез пуриновых и пиримидиновых оснований, выясняются механизмы образования мочевой к-ты, детально исследуются продукты распада гемоглобина (пигменты желчи, кала и мочи), расшифровываются пути образования гема и механизм возникновения острых и врожденных форм порфирий и порфиринурий.
Выдающиеся успехи достигнуты в расшифровке структуры важнейших углеводов [А. А. Колли, Толленс, Киллиани, Хауорт (B.C.Tollens, H. Killiani, W. Haworth) и др.] и механизмов углеводного обмена. Подробно выяснено превращение углеводов в пищеварительном тракте под влиянием пищеварительных ферментов и кишечных микроорганизмов (в частности, у травоядных животных); уточняются и расширяются работы, посвященные роли печени в углеводном обмене и поддержании концентрации сахара в крови на определенном уровне, начатые в середине прошлого века К. Бернаром и Э. Пфлюгером, расшифровываются механизмы синтеза гликогена (при участии УДФ-глюкозы) и его распада [К. Кори, Лелуар (L. F. Leloir) и др.]; создаются схемы промежуточного обмена углеводов (гликолитический, пентозный цикл, цикл Трикарбоновых кислот); выясняется характер отдельных промежуточных продуктов обмена [Я. О. Парнас, Эмбден (G. Embden), О. Мейергоф, Л. А. Иванов, С. П. Костычев, Гарден (A. Harden), Кребс, Ф. Липманн, Коэн (S. Cohen), В. А. Энгельгардт и др.]. Выясняются биохимические механизмы нарушения углеводного обмена (диабет, галактоземия, гликогенозы и др.), связанные с наследственными дефектами соответствующих ферментных систем.
Выдающиеся успехи достигнуты в расшифровке структуры липидов: фосфолипидов, цереброзидов, ганглиозидов, стеринов и стеридов [Тирфельдер, А. Виндаус, А. Бутенандт, Ружичка, Рейхштейн (H. Thierfelder, A. Ruzicka, Т. Reichstein) и др.].
Трудами М. В. Ненцкого, Ф. Кноопа (1904) и Дакина (H. Dakin) создается теория β-окисления жирных кислот. Разработка современных представлений о путях окисления (при участии коэнзима А) и синтеза (при участии малонил-КоА) жирных кислот и сложных липидов связана с именами Лелуара, Линена, Липманна, Грина (D. Е. Green), Кеннеди (Е. Kennedy) и др.
Значительный прогресс достигнут при изучении механизма биологического окисления. Одна из первых теорий биологического окисления (так наз. перекисная теория) была предложена А. Н. Бахом (см. Окисление биологическое). Позднее появилась теория, согласно к-рой различные субстраты клеточного дыхания подвергаются окислению и углерод их в конечном счете превращается в CO2 за счет кислорода не поглощаемого воздуха, а кислорода воды (В. И. Палладии, 1908). В дальнейшем в разработку современной теории тканевого дыхания крупный вклад был внесен работами Г. Виланда, Тунберга (Т. Tunberg), Л. С. Штерн, О. Варбурга, Эйлера, Д. Кейлина (Н. Euler) и др. Варбургу принадлежит заслуга открытия одного из коферментов дегидрогеназ — никотинамидадениндинуклеотид фосфата (НАДФ), флавинового фермента и его простетической группы, дыхательного железосодержащего фермента, получившего впоследствии название цитохромоксидазы. Им же был предложен спектрофотометрический метод определения концентрации НАД и НАДФ (тест Варбурга), который затем лег в основу количественных методов определения целого ряда биохимических компонентов крови и тканей. Кейлин установил роль в цепи дыхательных катализаторов железосодержащих пигментов (цитохромов).
Крупное значение имело открытие Липманном коэнзима А., позволившее разработать универсальный цикл аэробного окисления активной формы ацетата — ацетил-КоА (лимоннокислый цикл Кребса).
В. А. Энгельгардтом, а также Липманном было введено понятие о «богатых энергией» фосфорных соединениях, в частности АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты), в макроэргических связях которых аккумулируется значительная часть энергии, освобождающейся при тканевом дыхании (см. Окисление биологическое).
Возможность сопряженного с дыханием фосфорилирования (см.) в цепи дыхательных катализаторов, вмонтированных в мембраны митохондрий, была показана В. А. Белицером и Калькаром (H. Kalckar). Большое число работ посвящено изучению механизма окислительного фосфорилирования [Чейне (В. Chance), Митчелл (P. Mitchell), В. П. Скулачев и др.].
20 в. ознаменовался расшифровкой химического строения всех известных в наст. время витаминов (см.), вводятся международные единицы витаминов, устанавливаются потребности в витаминах человека и животных, создается витаминная промышленность.
Не менее значительные успехи достигнуты в области химии и биохимии гормонов (см.); изучена структура и синтезированы стероидные гормоны коры надпочечников (Виндаус, Рейхштейн, Бутенандт, Ружичка); установлено строение гормонов щитовидной железы — тироксина, дийодтиронина [Э. Кендалл (Е. С. Kendall), 1919; Харингтон (С. Harington), 1926]; мозгового слоя надпочечников — адреналина, норадреналина [Такамине (J. Takamine), 1907]. Осуществлен синтез инсулина, установлено строение соматотропной), адренокортикотропного, меланоцитостимулирующего гормонов; выделены и изучены другие гормоны белковой природы; разработаны схемы взаимопревращения и обмена стероидных гормонов (Н. А. Юдаев и др.). Получены первые данные о механизме действия гормонов (АКТГ, вазопрессина и др.) на обмен веществ. Расшифрован механизм регуляции функций эндокринных желез по принципу обратной связи.
Существенные данные получены при изучении химического состава и обмена веществ ряда важнейших органов и тканей (функциональная биохимия). Установлены особенности в химическом составе нервной ткани. Возникает новое направление в Б.— нейрохимия. Выделен ряд сложных липидов, составляющих основную массу тканей мозга, — фосфатиды, сфингомиелины, плазмалогены, цереброзиды, холестериды, ганглиозиды [Тудихум,Уэлш (J. Thudichum, H. Waelsh), A. B. Палладии, E. М. K репс и др.]. Выясняются основные закономерности обмена нервных клеток, расшифровывается роль биологически активных аминов — адреналина, норадреналина, гистамина, серотонина, γ-амино-масляной к-ты и др. Вводятся в медицинскую практику различные психофармакологические вещества, открывающие новые возможности в лечении различных нервных заболеваний. Подробно изучаются химические передатчики нервного возбуждения (медиаторы), широко используются, особенно в сельском хозяйстве, различные ингибиторы холинэстеразы для борьбы с насекомыми-вредителями и т. д.
Значительные успехи достигнуты при изучении мышечной деятельности. Подробно исследуются сократительные белки мышц (см. Мышечная ткань). Установлена важнейшая роль АТФ в сокращении мышц [В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, Сент-Дъёрдьи, Штрауб (A. Szent-Gyorgyi, F. В. Straub)], в движении клеточных органелл, проникновении в бактерии фагов [Вебер, Гоффманн-Берлинг (Н. Weber, H. Hoffmann-Berling), И. И. Иванов, В. Я. Александров, Н. И. Арронет, Б. Ф. Поглазов и др.]; подробно исследуется механизм мышечного сокращения на молекулярном уровне [Хаксли, Хансон (H. Huxley, J. Hanson), Г. М. Франк, Тономура (J. Tonomura) и др.], изучается роль в мышечном сокращении имидазола и его производных (G. Е. Северин); разрабатываются теории двухфазной мышечной деятельности [Хассельбах (W. Hasselbach)] и т. д.
Важные результаты получены при изучении состава и свойств крови: изучена дыхательная функция крови в норме и при ряде патологических состояний; выяснен механизм переноса кислорода от легких к тканям и углекислоты от тканей к легким [И. М. Сеченов, Дж.Холдейн, Ван-Слайк (D.van Slyke), Дж. Баркрофт, Гендерсон (L. Henderson), С. Е. Северин, Г. Е. Владимиров, Е.М. Крепе, Г. В. Дервиз]; уточнены и расширены представления о механизме свертывания крови; установлено наличие в плазме крови целого ряда новых факторов, при врожденном отсутствии которых в крови наблюдаются различные формы гемофилии. Изучен фракционный состав белков плазмы крови (альбумин, альфа-, бета- и гамма-глобулины, липопротеиды и др.). Открыт ряд новых плазменных белков (пропердин, C-реактивпый белок, гаптоглобин, криоглобулин, трансферрин, церулоплазмин, интерферон и др.). Открыта система кининов — биологически активных полипептидов плазмы крови (брадикинин, каллидин), играющих важную роль в регуляции местного и общего кровотока и принимающих участие в механизме развития воспалительных процессов, шока и других патологических процессов и состояний.
В развитии современной Б. важную роль сыграла разработка ряда специальных методов исследования: изотопной индикации, дифференциального центрифугирования (разделение субклеточных органоидов), спектрофотометрии (см.), масс-спектрометрии (см.), электронного парамагнитного резонанса (см.) и др.
Некоторые перспективы развития биохимии
Успехи Биохимии в значительной мере определяют не только современный уровень медицины, но и ее возможный дальнейший прогресс. Одной из основных проблем Б. и молекулярной биологии (см.) становится исправление дефектов генетического аппарата (см. Генотерапия). Радикальная терапия наследственных болезней, связанных с мутационными изменениями тех или иных генов (т. е. участков ДНК), ответственных за синтез определенных белков и ферментов, в принципе возможна лишь путем трансплантации синтезированных in vitro или выделенных из клеток (напр., бактерий) аналогичных «здоровых» генов. Весьма заманчивой задачей является также овладение механизмом регуляции считки генетической информации, закодированной в ДНК, и расшифровки на молекулярном уровне механизма клеточной дифференцировки в онтогенезе. Проблема терапии ряда вирусных заболеваний, особенно лейкозов, вероятно, не будет решена до тех пор, пока не станет полностью ясен механизм взаимодействия вирусов (в частности, онкогенных) с инфицируемой клеткой. В этом направлении интенсивно ведутся работы во многих лабораториях мира. Выяснение картины жизни на молекулярном уровне позволит не только полностью понять происходящие в организме процессы (биокатализ, механизм использования энергии АТФ и ГТФ при выполнении механических функций, передача нервного возбуждения, активный транспорт веществ через мембраны, явление иммунитета и т. д.), но и откроет новые возможности в создании эффективных лекарственных средств, в борьбе с преждевременным старением, развитием сердечно-сосудистых заболеваний (атеросклероз), продлении жизни.
Биохимические центры в СССР. В системе АН СССР функционируют Институт биохимии им. А. Н. Баха, Институт молекулярной биологии, Институт химии природных соединений, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова, Институт белка, Институт физиологии и биохимии растений, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов, филиал Института биохимии УССР, Институт биохимии Арм. ССР и др. В системе АМН СССР имеются Институт биологической и медицинской химии, Институт экспериментальной эндокринологии и химии гормонов, Институт питания, Отдел биохимии Института экспериментальной медицины. Существует также ряд биохимических лабораторий в других институтах и научных учреждениях АН СССР, АМН СССР, академиях союзных республик, в вузах (кафедры биохимии Московского, Ленинградского и других университетов, ряда медицинских институтов, Военно-медицинской академии и т. д.), ветеринарных, сельскохозяйственных и других научных учреждениях. В СССР насчитывается около 8 тыс. членов Всесоюзного биохимического общества (ВБО), к-рое входит в Европейскую федерацию биохимиков (FEBS) и в Международный биохимический союз (IUB).
Радиационная биохимия
Радиационная Биохимия изучает изменения обмена веществ, возникающие в организме при действии на него ионизирующей радиации. Облучение вызывает ионизацию и возбуждение молекул клетки, реакции их с возникающими в водной среде свободными радикалами (см.) и перекисями, что приводит к нарушению структур биосубстратов клеточных органелл, равновесия и взаимных связей внутриклеточных биохимических процессов. В частности, эти сдвиги в сочетании с пострадиационными воздействиями со стороны поврежденной ц. н. с. и гуморальных факторов дают начало вторичным нарушениям обмена веществ, обусловливающим течение лучевого заболевания. Важную роль в развитии лучевой болезни играет ускорение распада нуклеопротеидов, ДНК и простых белков, торможение их биосинтеза, нарушения скоординированного действия ферментов, а также окислительного фосфорилирования (см.) в митохондриях, уменьшение количества АТФ в тканях и усиленная окисляемость липидов с образованием перекисей (см. Лучевая болезнь, Радиобиология, Радиология медицинская).
Библиография: Афонский С. И. Биохимия животных, М., 1970; Биохимия, под ред. H. Н. Яковлева, М., 1969; Збарский Б. И., Иванов И. И. и Мардашeв С. Р. Биологическая химия, Л., 1972; Кретович В. Л. Основы биохимии растений, М., 1971; Ленинджeр А. Биохимия, пер. с англ., М., 1974; Макеев И. А., Гулевич В. С. и Броуде Л. М. Курс биологической химии, Л., 1947; Малер Г. Р. и Кордес Ю. Г. Основы биологической химии, пер. с англ., М., 1970; Фердман Д. Л. Биохимия, М., 1966; Филиппович Ю. Б. Основы биохимии, М., 1969; Штрауб Ф. Б. Биохимия, пер. с венгер., Будапешт, 1965; Rаророrt S. М. Medizinische Bioc-hemie, B., 1962.