¿Vida e inanimada? ¿Química y bioquímica? ¿Dónde está la línea entre ellos? ¿Y ella está ahí? ¿Dónde está la conexión? Durante mucho tiempo, la naturaleza ha tenido la clave para solucionar estos problemas. Y solo en el siglo XX fue posible revelar levemente los secretos de la vida, y muchas de las cuestiones cardinales se aclararon cuando los científicos llegaron a investigar a nivel molecular. El conocimiento de los fundamentos físicos y químicos de los procesos de la vida se ha convertido en una de las principales tareas de las ciencias naturales, y es en esta dirección que, quizás, se han obtenido los resultados más interesantes, de trascendencia teórica fundamental y que prometen un enorme resultado. en la práctica.
Durante mucho tiempo, la química ha estado observando de cerca las sustancias naturales involucradas en procesos vitales.
Durante los dos últimos siglos, la química estaba destinada a desempeñar un papel destacado en el conocimiento de la naturaleza viva. En la primera etapa, el estudio químico fue descriptivo, y los científicos aislaron y caracterizaron una variedad de sustancias naturales, productos de desecho de microorganismos, plantas y animales, que a menudo tenían propiedades valiosas (medicamentos, tintes, etc.). Sin embargo, es solo relativamente recientemente que esta química tradicional de compuestos naturales ha sido reemplazada por la bioquímica moderna, con su aspiración no solo de describir, sino también de explicar, y no solo lo más simple, sino también lo más complejo de los seres vivos.
Bioquímica inorgánica
La bioquímica inorgánica como ciencia se desarrolló a mediados del siglo XX, cuando irrumpieron en escena nuevas áreas de la biología, fertilizadas por los logros de otras ciencias, y cuando especialistas de una nueva mentalidad llegaron a las ciencias naturales, unidos por el deseo y el deseo. para describir con mayor precisión el mundo viviente. Y no es una coincidencia que bajo el mismo techo del edificio antiguo en Akademichesky Proezd, 18 hubiera dos institutos recientemente organizados que representaban las áreas más nuevas de la ciencia química y biológica en ese momento: el Instituto de Química de Compuestos Naturales y el Instituto de Radiología y Biología Fisicoquímica. Estos dos institutos estaban destinados a iniciar una batalla en nuestro país por el conocimiento de los mecanismos de los procesos biológicos y una elucidación detallada de las estructuras de las sustancias fisiológicamente activas.
En este período, quedó clara la estructura única del objeto principal de la biología molecular: el ácido desoxirribonucleico (ADN), la famosa "doble hélice". (Esta es una molécula larga, en la que, como en una cinta o una matriz, se registra el "texto" completo de toda la información sobre el cuerpo.) La estructura de la primera proteína, la hormona insulina, apareció y la síntesis química de la hormona oxitocina se realizó con éxito.
¿Y qué es exactamente la bioquímica, qué hace?
Esta ciencia estudia estructuras naturales y artificiales (sintéticas) biológicamente importantes, compuestos químicos, tanto biopolímeros como sustancias de bajo peso molecular. Más precisamente, las leyes que gobiernan la relación entre su estructura química específica y la función fisiológica correspondiente. La química bioorgánica se interesa por la estructura sutil de una molécula de una sustancia biológicamente importante, sus conexiones internas, la dinámica y el mecanismo específico de su cambio, el papel de cada uno de sus enlaces en el desempeño de una función.
La bioquímica es la clave para comprender las proteínas
La química bioorgánica indudablemente logró importantes avances en el estudio de las sustancias proteicas. En 1973, se completó la elucidación de la estructura primaria completa de la enzima aspartato aminotransferasa, que consta de 412 residuos de aminoácidos. Es uno de los biocatalizadores más importantes de un organismo vivo y una de las proteínas más grandes con estructura descifrada. Más tarde, se determinó la estructura de otras proteínas importantes: varias neurotoxinas del veneno de la cobra de Asia Central, que se utilizan en el estudio del mecanismo de transmisión de la excitación nerviosa como bloqueadores específicos, así como la hemoglobina vegetal de los nódulos de lupino amarillo y la proteína antileucémica actinoxantina.
Las rodopsinas son de gran interés. Se sabe desde hace mucho tiempo que la rodopsina es la principal proteína involucrada en los procesos de recepción visual en animales y está aislada de sistemas especiales del ojo. Esta proteína única capta la luz y nos proporciona la capacidad de ver. Se ha encontrado que una proteína similar a la rodopsina se encuentra en algunos microorganismos, pero tiene una función muy diferente (ya que las bacterias "no ven"). Aquí es una máquina de energía que sintetiza sustancias ricas en energía a expensas de la luz. Ambas proteínas son muy similares en estructura, pero su propósito es fundamentalmente diferente.
Uno de los objetos de estudio más importantes fue la enzima involucrada en la implementación de la información genética. Moviéndose a lo largo de la matriz de ADN, parece leer la información hereditaria registrada en ella y sobre esta base sintetiza el ácido ribonucleico informativo. Este último, a su vez, sirve como matriz para la síntesis de proteínas. Esta enzima es una proteína enorme, su peso molecular es cercano al medio millón (recuerde: en agua es solo 18) y consta de varias subunidades diferentes. La elucidación de su estructura estaba destinada a ayudar a responder la pregunta más importante de la biología: cuál es el mecanismo de "eliminación" de la información genética, cómo es la decodificación del texto escrito en el ADN, la principal sustancia de la herencia.
Péptidos
Los científicos se sienten atraídos no solo por las proteínas, sino también por las cadenas más cortas de aminoácidos llamados péptidos. Entre ellos se encuentran cientos de sustancias de enorme importancia fisiológica. La vasopresina y la angiotensina están involucradas en la regulación de la presión arterial, la gastrina controla la secreción de jugo gástrico, la gramicidina C y la polimixina son antibióticos, que también incluyen las llamadas sustancias de memoria. ¡Una enorme información biológica está escrita en una cadena corta con varias "letras" de aminoácidos!
Hoy en día podemos obtener artificialmente no solo cualquier péptido complejo, sino también una proteína simple, por ejemplo, la insulina. Difícilmente se puede sobrestimar la importancia de tales obras.
Se creó un método para el análisis complejo de la estructura espacial de péptidos utilizando una variedad de métodos físicos y computacionales. Pero la compleja arquitectura volumétrica del péptido determina todos los detalles de su actividad biológica. La estructura espacial de cualquier sustancia biológicamente activa, o, como dicen, su conformación, es la clave para comprender el mecanismo de su acción.
Entre los representantes de una nueva clase de sistemas peptídicos, las depsipeltidas, un equipo de científicos descubrió sustancias de una naturaleza asombrosa, capaces de transferir selectivamente iones metálicos a través de membranas biológicas, los llamados ionóforos. Y el principal de ellos es la valinomicina.
El descubrimiento de los ionóforos constituyó toda una era en membranología, ya que permitió cambiar el transporte de iones de metales alcalinos - potasio y sodio - a través de biomembranas de manera selectiva. El transporte de estos iones está asociado con los procesos de excitación nerviosa y los procesos de respiración y los procesos de recepción: la percepción de señales del entorno externo. Usando valinomicina como ejemplo, fue posible mostrar cómo los sistemas biológicos pueden seleccionar solo un ión de docenas de otros, unirlo en un complejo convenientemente transportable y transferirlo a través de la membrana. Esta asombrosa propiedad de la valinomicina radica en su estructura espacial, que se asemeja a un brazalete calado.
Otro tipo de ionóforo es el antibiótico gramicidina A. Se trata de una cadena lineal formada por 15 aminoácidos, en el espacio forma una espiral de dos moléculas y, como se encontró, se trata de una verdadera doble hélice. ¡La primera doble hélice en sistemas proteicos! Y la estructura en espiral, incorporada en la membrana, forma una especie de poro, un canal a través del cual los iones de metales alcalinos pasan a través de la membrana. El modelo más simple de un canal iónico. Es comprensible por qué la gramicidina causó tal tormenta en la membranología. Los científicos ya han obtenido muchos análogos sintéticos de gramicidina, se ha estudiado en detalle en membranas artificiales y biológicas. ¡Cuánto encanto y significado en una molécula aparentemente tan pequeña!
Con la ayuda de valinomicina y gramicidina, los científicos se involucraron en el estudio de las membranas biológicas.
Membranas biologicas
Pero la composición de las membranas siempre incluye un componente principal más, que determina su naturaleza. Estas son sustancias parecidas a grasas o lípidos. Las moléculas de lípidos son de tamaño pequeño, pero forman conjuntos gigantes fuertes que forman una capa de membrana continua. Las moléculas de proteína están incrustadas en esta capa, y aquí está uno de los modelos de la membrana biológica.
¿Por qué son importantes las biomembranas? En general, las membranas son los sistemas reguladores más importantes de un organismo vivo. Ahora, a semejanza de las biomembranas, se están creando importantes medios técnicos: microelectrodos, sensores, filtros, pilas de combustible ... Y las perspectivas adicionales para el uso de los principios de las membranas en la tecnología son realmente infinitas.
Otros intereses de la bioquímica
La investigación sobre la química de los ácidos nucleicos ocupa un lugar destacado. Tienen como objetivo descifrar el mecanismo de mutagénesis química, así como comprender la naturaleza del enlace entre los ácidos nucleicos y las proteínas.
Durante mucho tiempo se ha prestado especial atención a la síntesis de genes artificiales. Un gen, o, para decirlo simplemente, una pieza de ADN funcionalmente significativa, hoy ya se puede obtener mediante síntesis química. Esta es una de las áreas importantes de la ahora de moda "ingeniería genética". Los trabajos en la unión de la química bioorgánica y la biología molecular requieren el dominio de las técnicas más complejas y la cooperación amistosa entre químicos y biólogos.
Otra clase de biopolímeros son los carbohidratos o polisacáridos. Conocemos representantes típicos de este grupo de sustancias: celulosa, almidón, glucógeno, azúcar de remolacha. Pero en un organismo vivo, los carbohidratos realizan una amplia variedad de funciones. Esta es la protección de la célula de los enemigos (inmunidad), es el componente más importante de las paredes celulares, un componente de los sistemas receptores.
Finalmente, antibióticos. En los laboratorios se ha aclarado la estructura de grupos de antibióticos tan importantes como estreptotricina, olivomicina, albofungina, abikovcrromicina, ácido aureólico, que tienen actividad antitumoral, antiviral y antibacteriana.
Es imposible contar todas las búsquedas y logros de la química bioorgánica. Solo podemos decir con certeza que los bioorgánicos tienen más planes de los que se han hecho.
La bioquímica trabaja en estrecha colaboración con la biología molecular, la biofísica, que estudian la vida a nivel molecular. Ella se convirtió en la base química de esta investigación. La creación y el uso generalizado de sus nuevos métodos, nuevos conceptos científicos, contribuye a un mayor progreso de la biología. Este último, a su vez, estimula el desarrollo de las ciencias químicas.
¿Qué es la bioquímica? La bioquímica biológica o fisiológica es la ciencia de los procesos químicos que subyacen a la vida del cuerpo y los que ocurren dentro de la célula. El propósito de la bioquímica (el término proviene de la palabra griega "bios" - "vida") como ciencia es el estudio de los productos químicos, la estructura y el metabolismo de las células, la naturaleza y los métodos de su regulación, el mecanismo de suministro de energía de Procesos dentro de las células.
Bioquímica médica: la esencia y los objetivos de la ciencia
La bioquímica médica es una sección que estudia la composición química de las células del cuerpo humano, su metabolismo (incluso en condiciones patológicas). Después de todo, cualquier enfermedad, incluso en un período asintomático, inevitablemente dejará su huella en los procesos químicos en las células, las propiedades de las moléculas, que se reflejarán en los resultados del análisis bioquímico. Sin conocimientos de bioquímica, es imposible encontrar la causa del desarrollo de la enfermedad y la forma de su tratamiento eficaz.
Análisis de sangre bioquímico
¿Qué es una prueba de bioquímica sanguínea? Un análisis de sangre bioquímico es uno de los métodos de diagnóstico de laboratorio en muchas áreas de la medicina (por ejemplo, endocrinología, terapia, ginecología).
Ayuda a diagnosticar con precisión la enfermedad y examinar una muestra de sangre de acuerdo con los siguientes parámetros:
Alanina aminotransferasa (ALT, ALT);
Colesterol o colesterol;
Bilirrubina;
Urea;
Diástasis;
Glucosa, lipasa;
Aspartato aminotransferasa (AST, AsAT);
Gamma glutamil transpeptidasa (GGT), gamma GT (glutamil transpeptidasa);
Creatinina, proteína;
Anticuerpos contra el virus de Epstein-Barr.
Para la salud de todas las personas, es importante saber qué es la bioquímica sanguínea y comprender que sus indicadores no solo proporcionarán todos los datos para un régimen de tratamiento eficaz, sino que también ayudarán a prevenir enfermedades. Las desviaciones de los valores normales son la primera señal de que algo anda mal en el cuerpo.
análisis de sangre para el hígado: significado y propósito
Además, el diagnóstico bioquímico permitirá monitorear la dinámica de la enfermedad y los resultados del tratamiento, creando una imagen completa del metabolismo, deficiencia de microelementos en el trabajo de los órganos. Por ejemplo, la bioquímica del hígado se convertirá en una prueba obligatoria para las personas con insuficiencia hepática. ¿Qué es? Este es el nombre de un análisis de sangre bioquímico para estudiar la cantidad y calidad de las enzimas hepáticas. Si su síntesis se interrumpe, ese estado amenaza el desarrollo de enfermedades, procesos inflamatorios.
Especificidad de la bioquímica hepática
Bioquímica del hígado: ¿que es? El hígado humano se compone de agua, lípidos, glucógeno. Sus tejidos contienen minerales: cobre, hierro, níquel, manganeso, por lo que el estudio bioquímico del tejido hepático es un análisis muy informativo y bastante efectivo. Las enzimas más importantes del hígado son la glucoquinasa, la hexoquinasa. Las más sensibles a las pruebas bioquímicas son las enzimas hepáticas: alanina aminotransferasa (ALT), gamma-glutamil transferasa (GGT), aspartato aminotransferasa (AST) .Como regla general, el estudio se guía por los indicadores de estas sustancias.
Para un control completo y exitoso de su salud, todos deben saber qué es un "análisis bioquímico".
Áreas de investigación bioquímica y la importancia de una interpretación correcta de los resultados del análisis
¿Qué estudia la bioquímica? En primer lugar, los procesos metabólicos, la composición química de la célula, la naturaleza química y la función de las enzimas, las vitaminas y los ácidos. Es posible evaluar los recuentos sanguíneos para estos parámetros solo si el análisis se descifra correctamente. Si todo está bien, entonces los recuentos sanguíneos para varios parámetros (nivel de glucosa, proteínas, enzimas sanguíneas) no deben desviarse de la norma. De lo contrario, debe considerarse como una señal de alteración del cuerpo.
Descifrando la bioquímica
¿Cómo descifrar los números en los resultados del análisis? A continuación se muestran los principales indicadores.
Glucosa
El nivel de glucosa muestra la calidad del proceso de metabolismo de los carbohidratos. El contenido límite no debe superar los 5,5 mmol / l. Si el nivel es más bajo, esto puede indicar diabetes mellitus, enfermedades endocrinas, problemas hepáticos. Los niveles elevados de glucosa pueden deberse a diabetes mellitus, ejercicio, medicamentos hormonales.
Proteína
Colesterol
Urea
Este es el nombre del producto final de la degradación de proteínas. En una persona sana, debe eliminarse completamente del cuerpo a través de la orina. Si esto no sucede y entra en el torrente sanguíneo, es imperativo verificar el funcionamiento de los riñones.
Hemoglobina
Es una proteína de los glóbulos rojos que satura las células del cuerpo con oxígeno. Norma: para hombres - 130-160 g / l, para niñas - 120-150 g / l. Un nivel bajo de hemoglobina en la sangre se considera uno de los indicadores del desarrollo de anemia.
Análisis de sangre bioquímico para las enzimas sanguíneas (ALT, AST, CPK, amilasa)
Las enzimas son responsables del funcionamiento completo del hígado, el corazón, los riñones y el páncreas. Sin la cantidad requerida de ellos, un intercambio completo de aminoácidos es simplemente imposible.
El nivel de aspartato aminotransferasa (AST, AST - una enzima celular del corazón, riñones, hígado) no debe ser superior a 41 y 31 unidades / L para hombres y mujeres, respectivamente. De lo contrario, puede indicar el desarrollo de hepatitis, enfermedad cardíaca.
La lipasa (una enzima que descompone las grasas) juega un papel importante en el metabolismo y no debe exceder las 190 U / L. Un nivel elevado indica un mal funcionamiento del páncreas.
Es difícil sobreestimar la importancia del análisis bioquímico para las enzimas sanguíneas. Qué es la bioquímica y qué estudia, toda persona que se preocupa por su salud debe saberlo.
Amilasa
Esta enzima se encuentra en el páncreas y la saliva. Es responsable de la descomposición de los carbohidratos y su absorción. La norma es 28-100 unidades / l. Su alto contenido en sangre puede indicar insuficiencia renal, colecistitis, diabetes mellitus, peritonitis.
Los resultados de un análisis de sangre bioquímico se registran en una forma especial, donde se indican los niveles de las sustancias. A menudo, este análisis se prescribe como uno adicional para aclarar el supuesto diagnóstico. Al decodificar los resultados de la bioquímica sanguínea, tenga en cuenta que también están influenciados por el género, la edad y el estilo de vida del paciente. Ahora ya sabes qué estudia la bioquímica y cómo interpretar correctamente sus resultados.
¿Cómo prepararse adecuadamente para donar sangre para bioquímica?
Enfermedades agudas de los órganos internos;
Intoxicación;
Deficiencia vitaminica;
Procesos inflamatorios;
Para la prevención de enfermedades durante el embarazo;
Para aclarar el diagnóstico.
La sangre para análisis se toma temprano en la mañana y no puede comer antes de ir al médico. De lo contrario, los resultados del análisis se distorsionarán. La investigación bioquímica mostrará qué tan correcto es su metabolismo y sal en el cuerpo. Además, evite beber té, café y leche dulces al menos una o dos horas antes de la toma de muestras de sangre.
Asegúrese de responder a la pregunta de qué es la bioquímica antes de realizar el análisis. Conocer el proceso y su importancia lo ayudará a evaluar su salud y a ser competente en asuntos médicos.
¿Cómo se extrae sangre para bioquímica?
El procedimiento no dura mucho y es prácticamente indoloro. En una persona en posición sentada (a veces se ofrece a acostarse en un sofá), el médico lo toma aplicándole primero un torniquete. El lugar de la inyección debe tratarse con un antiséptico. La muestra tomada se coloca en un tubo estéril y se envía para su análisis al laboratorio.
El control de la calidad de la investigación bioquímica se lleva a cabo en varias etapas:
Preanalítica (preparación del paciente, toma de análisis, transporte al laboratorio);
Analítico (procesamiento y almacenamiento de biomaterial, dosificación, reacción, análisis del resultado);
Post-analítico (cumplimentación del formulario con el resultado, análisis de laboratorio y clínico, envío al médico).
La calidad del resultado bioquímico depende de la idoneidad del método de investigación elegido, la competencia de los técnicos de laboratorio, la precisión de las mediciones, el equipo técnico, la pureza de los reactivos y la adherencia a la dieta.
Bioquímica para el cabello
¿Qué es la bioquímica del cabello? El bio-rizado es un método de rizado a largo plazo. La diferencia entre la permanente regular y la bioperm es fundamental. En este último caso, no se utilizan peróxido de hidrógeno, amoniaco, ácido tioglicólico. El papel de la sustancia activa lo desempeña un análogo de la cistina (proteína biológica). De aquí proviene el nombre del método de peinado.
Las indudables ventajas son:
Efecto moderador sobre la estructura del cabello;
La línea borrosa entre el cabello que ha vuelto a crecer y el cabello que ha sido biowave;
El procedimiento se puede repetir sin esperar la desaparición definitiva de su efecto.
Pero antes de ir al maestro, se deben considerar los siguientes matices:
La tecnología de las ondas biológicas es relativamente compleja y debe ser escrupuloso al elegir un maestro;
El efecto es de corta duración, alrededor de 1 a 4 meses (especialmente en el cabello que no ha sido permanente, teñido, tiene una estructura densa);
Biowave no es barato (en promedio, 1500-3500 rublos).
Métodos de bioquímica
¿Qué es la bioquímica y qué métodos se utilizan para la investigación? Su elección depende de su objetivo y de las tareas establecidas por el médico. Están diseñados para estudiar la estructura bioquímica de la célula, examinar la muestra en busca de posibles desviaciones de la norma y así ayudar a diagnosticar la enfermedad, descubrir la dinámica de recuperación, etc.
La bioquímica es uno de los análisis más efectivos para aclarar, diagnosticar, monitorear el tratamiento y determinar un régimen terapéutico exitoso.
BIOQUÍMICA. Conferencia número 1. La bioquímica como ciencia. Estructura y función de sustancias básicas del organismo. Materia y métodos de investigación en bioquímica. Revisión de las principales clases de sustancias orgánicas, su papel en la homeostasis.
La bioquímica (del griego βίος - "vida" y del egipcio kēme - "Tierra", también química biológica o fisiológica) es la ciencia de la composición química de los organismos y sus partes constituyentes y de los procesos químicos que ocurren en los organismos. La ciencia se ocupa de la estructura y función de sustancias que son componentes de las células y que forman el cuerpo, como proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y otras biomoléculas. La bioquímica busca responder preguntas biológicas y bioquímicas utilizando métodos químicos.
La bioquímica es una ciencia relativamente joven que surgió en la unión de la biología y la química a finales del siglo XIX. Estudia los procesos de desarrollo y funcionamiento de los organismos en el lenguaje de las moléculas, la estructura y los procesos químicos que dan vida a las criaturas unitarias y multicelulares que habitan la Tierra. Destacados descubrimientos en el campo de las enzimas, la genética bioquímica, la biología molecular y la bioenergética han convertido la bioquímica en una disciplina fundamental que permite resolver muchos problemas importantes de la biología y la medicina.
Aunque existe una amplia variedad de biomoléculas diferentes, muchas de ellas son polímeros, es decir, moléculas grandes complejas, que constan de muchas subunidades similares, monómeros. Cada clase de biomoléculas poliméricas tiene su propio conjunto de tipos de estas subunidades. Por ejemplo, las proteínas son polímeros hechos de aminoácidos. La bioquímica estudia las propiedades químicas de importantes moléculas biológicas como las proteínas, en particular la química de las reacciones catalizadas por enzimas.
Además, la mayor parte de la investigación bioquímica se ocupa del metabolismo celular y su regulación endocrina y paracrina. Otras áreas de la bioquímica incluyen el estudio del código genético del ADN y el ARN, la biosíntesis de proteínas, el transporte a través de membranas biológicas y la señalización.
Las bases de la bioquímica se establecieron a mediados del siglo XIX, cuando científicos como Friedrich Vjoler y Anselm Paen pudieron describir por primera vez los procesos químicos en los organismos vivos y demostrar que no difieren de los procesos químicos ordinarios. Numerosos trabajos de principios del siglo XX permitieron comprender la estructura de las proteínas, fue posible realizar reacciones bioquímicas (fermentación alcohólica) fuera de la célula, etc. Al mismo tiempo, el término “bioquímica” en sí mismo comenzó a desvanecerse. ser usado. Vladimir Ivanovich Vernadsky sentó las bases de la bioquímica en Ucrania en la década de 1920.
Historia
A principios del siglo XIX, existía la creencia generalizada de que la vida no estaba sujeta a las leyes físicas y químicas inherentes a la naturaleza inanimada. Se creía que solo los organismos vivos son capaces de producir moléculas características de ellos. Solo en 1828, Friedrich Wöhler publicó un trabajo sobre la síntesis de urea, realizado en condiciones de laboratorio, demostrando que los compuestos orgánicos pueden crearse artificialmente. Este descubrimiento supuso una grave derrota para los eruditos vitalistas que negaban tal posibilidad.
En ese momento, ya existía el material fáctico para las generalizaciones bioquímicas primarias, que se acumuló en relación con las actividades prácticas de las personas destinadas a hacer comida y vino, obtener hilo de plantas, limpiar la piel de la lana con la ayuda de microbios y estudiar la composición y propiedades de la orina y otras secreciones, una persona sana y enferma. Después del trabajo de Veler, comenzaron a establecerse gradualmente conceptos científicos como respiración, fermentación, fermentación, fotosíntesis. El estudio de la composición química y las propiedades de los compuestos aislados de animales y plantas pasa a ser objeto de la química orgánica (química de los compuestos orgánicos).
El nacimiento de la bioquímica también estuvo marcado por el descubrimiento de la primera enzima, diastasa (ahora conocida como amilasa) en 1833 por Anselm Paen. Los partidarios del vitalismo utilizaron las dificultades asociadas con la obtención de enzimas a partir de tejidos y células para afirmar la imposibilidad de estudiar las enzimas celulares fuera de los seres vivos. Esta afirmación fue refutada por el médico ruso M. Manasseina (1871-1872), quien propuso la posibilidad de observar fermentación alcohólica en extractos de levadura triturada (es decir, sin integridad estructural). En 1896, esta posibilidad fue confirmada por el científico alemán Eduard Buchner, quien pudo recrear experimentalmente este proceso.
El término "bioquímica" en sí mismo se propuso por primera vez en 1882, sin embargo, se cree que adquirió un uso generalizado después de los trabajos del químico alemán Karl Neuberg en 1903. En ese momento, esta área de investigación se conocía como química fisiológica. Después de este tiempo, la bioquímica se desarrolló rápidamente, especialmente desde mediados del siglo XX, principalmente debido al desarrollo de nuevos métodos como la cromatografía, el análisis estructural de rayos X, la espectroscopia de RMN, el uso de un marcador de radioisótopos, la microscopía electrónica y óptica y , finalmente, dinámica molecular y otros métodos de biología computacional. Estos métodos han permitido el descubrimiento y análisis detallado de muchas moléculas y vías metabólicas de la célula, como la glucólisis y el ciclo de Krebs.
Otro acontecimiento histórico importante en el desarrollo de la bioquímica fue el descubrimiento de genes y su papel en la transmisión de información en la célula. Este descubrimiento sentó las bases para el surgimiento no solo de la genética, sino también de su rama interdisciplinaria en la unión con la bioquímica: la biología molecular. En la década de 1950, James Watson, Frances Crick, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins pudieron descifrar la estructura del ADN y sugirieron su conexión con la transmisión genética de información en la célula. También en la década de 1950, George Otley y Edward Tatum demostraron que un gen es responsable de la síntesis de una proteína. Con el desarrollo de métodos de análisis de ADN, como la toma de huellas genéticas, en 1988, Colin Pitchfork se convirtió en la primera persona acusada de asesinato utilizando evidencia de ADN, el primer gran éxito forense bioquímico. En los años 200, Andrew Fire y Craig Mello demostraron el papel de la interferencia de ARN (ARNi) en la supresión de la expresión génica.
Ahora la investigación bioquímica avanza en tres direcciones, formuladas por Michael Sugar. La bioquímica vegetal estudia la bioquímica de organismos predominantemente autótrofos y estudia procesos como la fotosíntesis y otros. La bioquímica general incluye el estudio tanto de plantas como de animales y seres humanos, mientras que la bioquímica médica se centra principalmente en la bioquímica humana y las desviaciones de los procesos bioquímicos de la norma, en particular como resultado de enfermedades.
La bioquímica es una ciencia que estudia diversas moléculas, reacciones y procesos químicos en células y organismos vivos. Un conocimiento profundo de la bioquímica es absolutamente necesario para el desarrollo exitoso de dos áreas principales de las ciencias biomédicas: 1) resolver los problemas de preservación de la salud humana; 2) esclarecimiento de las causas de diversas enfermedades y búsqueda de formas de tratarlas eficazmente.
BIOQUÍMICA Y SALUD
La Organización Mundial de la Salud (OMS) define la salud como un estado de "completo bienestar físico, espiritual y social, que no se limita a la simple ausencia de enfermedad y dolencia". Desde un punto de vista estrictamente bioquímico, un organismo puede considerarse sano si muchos miles de reacciones que ocurren dentro de las células y en el ambiente extracelular se desarrollan en tales condiciones y a tales velocidades que aseguren la máxima viabilidad del organismo y mantengan un estado fisiológicamente normal (no -patológico) estado.
BIOQUÍMICA, NUTRICIÓN, PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO
Uno de los principales requisitos previos para mantenerse saludable es una dieta óptima que contenga una variedad de sustancias químicas; los principales son las vitaminas, algunos aminoácidos, algunos ácidos grasos, varios minerales y agua. Todas estas sustancias son de un tipo u otro de interés tanto para la bioquímica como para la ciencia de la nutrición racional. Por tanto, existe una estrecha conexión entre estas dos ciencias. Además, se puede suponer que, en el contexto de los esfuerzos para contener el crecimiento de los precios de los servicios médicos, se prestará cada vez más atención al mantenimiento de la salud y la prevención de enfermedades, es decir, medicina Preventiva. Por ejemplo, en la prevención de la aterosclerosis y el cáncer a lo largo del tiempo, es probable que se conceda cada vez más importancia a una dieta equilibrada. Al mismo tiempo, el concepto de nutrición racional debe basarse en el conocimiento de la bioquímica.
BIOQUÍMICA Y ENFERMEDADES
Todas las enfermedades son una manifestación de algunos cambios en las propiedades de las moléculas y alteraciones en el curso de reacciones y procesos químicos. Los principales factores que conducen al desarrollo de enfermedades en animales y seres humanos se dan en la tabla. 1.1. Todos afectan una o más reacciones químicas clave o la estructura y propiedades de moléculas funcionalmente importantes.
La contribución de la investigación bioquímica al diagnóstico y tratamiento de enfermedades es la siguiente.
Cuadro 1.1. Los principales factores que conducen al desarrollo de enfermedades. Todos ellos tienen un impacto en varios procesos bioquímicos en la célula o en todo el cuerpo.
1. Factores físicos: lesión mecánica, temperatura extrema, cambios repentinos de la presión atmosférica, radiación, descarga eléctrica
2. Agentes químicos y fármacos: algunos compuestos tóxicos, fármacos terapéuticos, etc.
4. Falta de oxígeno: pérdida de sangre, deterioro de la función de transporte de oxígeno, intoxicación de enzimas oxidativas
5. Factores genéticos: congénitos, moleculares
6. Reacciones inmunológicas: anafilaxia, enfermedades autoinmunes
7. Desequilibrio nutricional: desnutrición, sobrenutrición
Gracias a estos estudios, puede 1) identificar la causa de la enfermedad; 2) proponer una forma de tratamiento racional y eficaz; 3) desarrollar métodos para el cribado masivo de la población con fines de diagnóstico precoz; 4) controlar el curso de la enfermedad; 5) monitorear la efectividad del tratamiento. El Apéndice describe las pruebas bioquímicas más importantes que se utilizan para diagnosticar diversas enfermedades. Será útil consultar este Apéndice cuando se trate de diagnósticos bioquímicos de diversas enfermedades (por ejemplo, infarto de miocardio, pancreatitis aguda, etc.).
El potencial de la bioquímica para la prevención y el tratamiento de enfermedades se ilustra brevemente con tres ejemplos; veremos algunos ejemplos más más adelante en el capítulo.
1. Es bien sabido que para mantener su salud, una persona debe recibir ciertos compuestos orgánicos complejos: vitaminas. En el cuerpo, las vitaminas se convierten en moléculas más complejas (coenzimas), que juegan un papel clave en muchas reacciones en las células. La falta de cualquiera de las vitaminas en la dieta puede conducir al desarrollo de diversas enfermedades, por ejemplo, escorbuto con falta de vitamina C o raquitismo con falta de vitamina D. Elucidación del papel clave de las vitaminas o sus derivados biológicamente activos. se ha convertido en una de las principales tareas que los bioquímicos y nutricionistas vienen resolviendo desde el inicio de este siglo.
2. Una condición conocida como fenilcetonuria (PKU), si no se trata, puede provocar un retraso mental severo. La naturaleza bioquímica de la PKU se conoce desde hace unos 30 años: la enfermedad es causada por la falta o ausencia total de la actividad de una enzima que cataliza la conversión del aminoácido fenilalanina en otro aminoácido, tirosina. La actividad insuficiente de esta enzima conduce al hecho de que un exceso de fenilalanina y algunos de sus metabolitos, en particular cetonas, se acumulan en los tejidos, lo que afecta negativamente al desarrollo del sistema nervioso central. Una vez que se aclararon los fundamentos bioquímicos de la PKU, fue posible encontrar un método de tratamiento racional: a los niños enfermos se les prescribe una dieta con un bajo contenido de fenilalanina. El examen masivo de recién nacidos para detectar PKU permite, si es necesario, comenzar el tratamiento de inmediato.
3. La fibrosis quística es una enfermedad hereditaria de las glándulas exocrinas y, en particular, de las glándulas sudoríparas. Se desconoce la causa de la enfermedad. La fibrosis quística es una de las enfermedades genéticas más comunes en América del Norte. Se caracteriza por secreciones anormalmente viscosas que bloquean los conductos secretores del páncreas y los bronquiolos. Las personas con esta enfermedad suelen morir a una edad temprana a causa de una infección pulmonar. Dado que se desconoce la base molecular de la enfermedad, solo es posible el tratamiento sintomático. Sin embargo, se puede esperar que en un futuro próximo, utilizando la tecnología del ADN recombinante, sea posible dilucidar la naturaleza molecular de la enfermedad, lo que permitirá encontrar un método de tratamiento más eficaz.
DEFINICIÓN FORMAL DE BIOQUÍMICA
La bioquímica, como su nombre indica (del griego bios-life), es la química de la vida o, más estrictamente, la ciencia de los fundamentos químicos de los procesos vitales.
La unidad estructural de los sistemas vivos es una célula, por lo que se puede dar otra definición: la bioquímica como ciencia estudia los componentes químicos de las células vivas, así como las reacciones y procesos en los que están involucradas. Según esta definición, la bioquímica abarca amplias áreas de la biología celular y toda la biología molecular.
PROBLEMAS DE BIOQUÍMICA
La principal tarea de la bioquímica es lograr una comprensión completa a nivel molecular de la naturaleza de todos los procesos químicos asociados con la actividad vital de las células.
Para solucionar este problema, es necesario aislar de las células los numerosos compuestos que allí se encuentran, determinar su estructura y establecer sus funciones. Como ejemplo, podemos señalar numerosos estudios destinados a dilucidar la base molecular de la contracción muscular y una serie de procesos similares. Como resultado, se aislaron muchos compuestos de diversos grados de complejidad en forma purificada y se llevaron a cabo estudios estructurales y funcionales detallados. Como resultado, fue posible dilucidar varios aspectos de la base molecular de la contracción muscular.
Otra tarea de la bioquímica es aclarar la cuestión del origen de la vida. Nuestra comprensión de este apasionante proceso está lejos de ser exhaustiva.
CAMPOS DE INVESTIGACIÓN
El campo de la bioquímica es tan amplio como la vida misma. Dondequiera que exista vida, tienen lugar varios procesos químicos. La bioquímica se ocupa del estudio de reacciones químicas en microorganismos, plantas, insectos, peces, aves, mamíferos inferiores y superiores y, en particular, en el cuerpo humano. Para los estudiantes que estudian ciencias biomédicas, son de particular interés
las dos últimas secciones. Sin embargo, sería miope no tener idea de las características bioquímicas de algunas otras formas de vida: a menudo, estas características son esenciales para comprender varios tipos de situaciones que están directamente relacionadas con los humanos.
BIOQUÍMICA Y MEDICINA
Existe una amplia relación bidireccional entre la bioquímica y la medicina. Gracias a la investigación bioquímica, fue posible responder a muchas preguntas relacionadas con el desarrollo de enfermedades, y el estudio de las causas y el curso del desarrollo de algunas enfermedades llevó a la creación de nuevas áreas de la bioquímica.
Estudios bioquímicos destinados a identificar las causas de las enfermedades.
Además de lo anterior, proporcionaremos cuatro ejemplos más para ilustrar la amplitud de la gama de posibles aplicaciones de la bioquímica. 1. El análisis del mecanismo de acción de la toxina producida por el agente causante del cólera permitió aclarar puntos importantes sobre los síntomas clínicos de la enfermedad (diarrea, deshidratación). 2. En muchas plantas africanas, el contenido de uno o más aminoácidos esenciales es muy bajo. Revelar este hecho permitió comprender por qué aquellas personas para las que estas plantas son la principal fuente de proteína padecen deficiencia de proteínas. 3. Se ha descubierto que los mosquitos, portadores de patógenos de la malaria, pueden desarrollar sistemas bioquímicos que los hacen inmunes a los insecticidas; Es importante tener esto en cuenta al diseñar respuestas contra la malaria. 4. Los esquimales groenlandeses consumen grandes cantidades de aceite de pescado, rico en algunos ácidos grasos poliinsaturados; al mismo tiempo, se sabe que se caracterizan por un contenido bajo de colesterol en sangre y, por lo tanto, la aterosclerosis se desarrolla con mucha menos frecuencia. Estas observaciones sugirieron la posibilidad de utilizar ácidos grasos poliinsaturados para reducir el colesterol plasmático.
El estudio de las enfermedades promueve el desarrollo de la bioquímica.
Observaciones del médico inglés Sir Archibald Garrod a principios del siglo XX. para un pequeño grupo de pacientes que padecen trastornos metabólicos congénitos, estimularon el estudio de las vías bioquímicas, cuya violación ocurre en tales condiciones. Los esfuerzos por comprender la naturaleza de un trastorno genético llamado hipercolesterolemia familiar, que conduce al desarrollo de aterosclerosis grave a una edad temprana, ha contribuido a la rápida acumulación de conocimientos sobre los receptores celulares y los mecanismos de absorción del colesterol por las células. El estudio intensivo de los oncogenes en las células cancerosas ha llamado la atención sobre los mecanismos moleculares del control del crecimiento celular.
Estudio de virus y organismos inferiores
Se obtuvo información valiosa, que resultó ser muy útil para realizar investigaciones bioquímicas en la clínica, a partir del estudio de algunos organismos y virus inferiores. Por ejemplo, las teorías modernas sobre la regulación de la actividad de genes y enzimas se formaron sobre la base de investigaciones pioneras llevadas a cabo en mohos y bacterias. La tecnología del ADN recombinante se originó a partir de investigaciones realizadas sobre bacterias y virus bacterianos. La principal ventaja de las bacterias y los virus como objetos de investigación bioquímica es la alta tasa de reproducción; esto facilita enormemente el análisis genético y la manipulación genética. La información obtenida en el estudio de genes virales responsables del desarrollo de algunas formas de cáncer en animales (oncogenes virales) permitió comprender mejor el mecanismo de transformación de las células humanas normales en cancerosas.
BIOQUÍMICA Y OTRAS CIENCIAS BIOLÓGICAS
La bioquímica de los ácidos nucleicos es la base misma de la genética; a su vez, el uso de enfoques genéticos resultó fructífero para muchas áreas de la bioquímica. La fisiología, la ciencia del funcionamiento del cuerpo, se superpone fuertemente con la bioquímica. Una gran cantidad de métodos bioquímicos encuentran aplicación en inmunología y, a su vez, los bioquímicos utilizan ampliamente muchos enfoques inmunológicos. La farmacología y la farmacia se basan en la bioquímica y la fisiología; el metabolismo de la mayoría de los fármacos se lleva a cabo como resultado de reacciones enzimáticas apropiadas. Los venenos afectan las reacciones o procesos bioquímicos; estas preguntas son objeto de toxicología. Como ya dijimos, en el corazón de diferentes tipos de patología hay una violación de varios procesos químicos. Esto conduce al uso cada vez mayor de enfoques bioquímicos para estudiar varios tipos de patología (por ejemplo, inflamación, daño celular y cáncer). Muchos de los que se dedican a la zoología y la botánica utilizan ampliamente enfoques bioquímicos en su trabajo. Estas relaciones no son sorprendentes, ya que, como sabemos, la vida en todas sus manifestaciones depende de una variedad de reacciones y procesos bioquímicos. Las barreras que existían anteriormente entre las ciencias biológicas están prácticamente destruidas y la bioquímica se está convirtiendo cada vez más en su lenguaje común.
