Elämää ja elotonta? Kemia ja biokemia? Missä on raja heidän välillään? Ja onko hän siellä? Missä on yhteys? Luonnolla on pitkään ollut avain näiden ongelmien ratkaisemiseen. Ja vasta 1900-luvulla oli mahdollista paljastaa hieman elämän salaisuuksia, ja monet keskeiset kysymykset selkiytyivät, kun tutkijat tulivat tutkimukseen molekyylitasolla. Elämänprosessien fysikaalis-kemiallisten perusteiden tuntemisesta on tullut yksi luonnontieteen päätehtävistä, ja juuri tähän suuntaan saatiin ehkä mielenkiintoisimpia tuloksia, joilla on perustavanlaatuinen teoreettinen merkitys ja jotka lupaavat valtavan tuoton käytännössä.
Kemia on pitkään tutkinut tiiviisti elämänprosessiin osallistuvia luonnollisia aineita.
Kahden viime vuosisadan aikana kemialla on ollut merkittävä rooli elävän luonnon tuntemisessa. Ensimmäisessä vaiheessa kemiallinen tutkimus oli kuvailevaa, ja tutkijat eristivät ja karakterisoivat erilaisia luonnollisia aineita, mikro-organismien, kasvien ja eläinten jätetuotteita, joilla oli usein arvokkaita ominaisuuksia (lääkkeet, väriaineet jne.). Kuitenkin vasta suhteellisen äskettäin tämä perinteinen luonnollisten yhdisteiden kemia on korvattu modernilla biokemialla, jonka pyrkimyksenä ei ole vain kuvata, vaan myös selittää, eikä vain yksinkertaisin, vaan myös monimutkaisin elävissä asioissa.
Epäorgaaninen biokemia
Epäorgaaninen biokemia tieteenä muotoutui 1900-luvun puolivälissä, kun uudet biologian alueet nousivat esiin muiden tieteiden saavutusten hedelmöittyneenä ja kun luonnontieteeseen tuli uuden ajattelutavan asiantuntijoita, joita yhdistää halu ja halu kuvata elävää maailmaa tarkemmin. Eikä ole sattumaa, että Akademichesky Proezdin, 18, vanhanaikaisen rakennuksen saman katon alla oli kaksi äskettäin perustettua instituuttia, jotka edustivat tuolloin uusimpia kemian ja biologian tieteen aloja - Luonnonyhdisteiden kemian instituutti ja Säteily- ja fysikaalis-kemiallisen biologian instituutti. Näiden kahden instituutin oli määrä aloittaa maassamme taistelu biologisten prosessien mekanismien tuntemisesta ja fysiologisesti aktiivisten aineiden rakenteiden yksityiskohtaisesta selvittämisestä.
Tänä aikana molekyylibiologian pääobjektin - deoksiribonukleiinihapon (DNA), kuuluisan "kaksoisheliksin" - ainutlaatuinen rakenne selvisi. (Tämä on pitkä molekyyli, johon, kuten nauhalle tai matriisiin, on tallennettu koko kehon tiedon täydellinen "teksti".) Ensimmäisen proteiinin, insuliinihormonin, rakenne ilmestyi ja kemiallinen synteesi hormoni oksitosiini suoritettiin onnistuneesti.
Ja mitä biokemia itse asiassa on, mitä se tekee?
Tämä tiede tutkii biologisesti tärkeitä luonnollisia ja keinotekoisia (synteettisiä) rakenteita, kemiallisia yhdisteitä - sekä biopolymeerejä että pienimolekyylisiä aineita. Tarkemmin sanottuna lait, jotka säätelevät niiden erityisen kemiallisen rakenteen ja vastaavan fysiologisen toiminnan välistä suhdetta. Bioorgaaninen kemia on kiinnostunut biologisesti tärkeän aineen molekyylin hienovaraisesta rakenteesta, sen sisäisistä yhteyksistä, dynamiikasta ja sen muutosmekanismista, kunkin linkin roolista toiminnon suorittamisessa.
Biokemia on avain proteiinien ymmärtämiseen
Bioorgaaninen kemia on epäilemättä edistynyt merkittävästi proteiiniaineiden tutkimuksessa. Vuonna 1973 412 aminohappotähteestä koostuvan aspartäydellisen primäärirakenteen selvitys saatiin päätökseen. Se on yksi tärkeimmistä elävän organismin biokatalyyteistä ja yksi suurimmista valkuaisaineista, joilla on purettu rakenne. Myöhemmin määritettiin muiden tärkeiden proteiinien rakenne - useita Keski-Aasian kobran myrkystä peräisin olevia hermomyrkkyjä, joita käytetään hermohermoston välittymismekanismin tutkimuksessa spesifisinä salpaajina, sekä kasvien hemoglobiini keltaisista lupiinikyhmyistä ja antileukeeminen proteiini aktinoksantiini.
Rodopsiinit kiinnostavat paljon. On jo pitkään tiedetty, että rodopsiini on tärkein proteiini, joka osallistuu eläinten visuaaliseen vastaanottoprosesseihin, ja se on eristetty silmän erityisjärjestelmistä. Tämä ainutlaatuinen proteiini vastaanottaa valosignaaleja ja antaa meille mahdollisuuden nähdä. On havaittu, että rodopsiinin kaltaista proteiinia löytyy joistakin mikro-organismeista, mutta sillä on hyvin erilainen tehtävä (koska bakteerit "eivät näe"). Tässä hän on energiakone, joka syntetisoi energiarikkaita aineita valon kustannuksella. Molemmat proteiinit ovat rakenteeltaan hyvin samanlaisia, mutta niiden tarkoitus on pohjimmiltaan erilainen.
Yksi tärkeimmistä tutkimuskohteista oli geneettisen tiedon toteuttamiseen osallistuva entsyymi. DNA-matriisia pitkin liikkuessaan se näyttää lukevan siihen tallennetut perinnölliset tiedot ja syntetisoi tältä pohjalta informaatioribonukleiinihappoa. Jälkimmäinen puolestaan toimii matriisina proteiinisynteesiä varten. Tämä entsyymi on valtava proteiini, sen molekyylipaino on lähes puoli miljoonaa (muista: vedessä se on vain 18) ja koostuu useista eri alayksiköistä. Sen rakenteen selvittämisellä oli tarkoitus auttaa vastaamaan biologian tärkeimpään kysymykseen: mikä on geneettisen tiedon "poistomekanismi", kuinka DNA:ssa - perinnöllisyyden pääaineessa - kirjoitetun tekstin dekoodaus.
Peptidit
Tutkijoita houkuttelevat paitsi proteiinit, myös lyhyemmät aminohappoketjut, joita kutsutaan peptideiksi. Niiden joukossa on satoja aineita, joilla on valtava fysiologinen merkitys. Vasopressiini ja angiotensiini osallistuvat verenpaineen säätelyyn, gastriini säätelee mahanesteen eritystä, gramidiini C ja polymyksiini ovat antibiootteja, joihin kuuluu myös ns. muistiaineita. Lyhyessä ketjussa valtava määrä biologista tietoa on kirjoitettu useilla aminohappojen "kirjaimilla"!
Nykyään pystymme saamaan keinotekoisesti paitsi minkä tahansa monimutkaisen peptidin, myös yksinkertaisen proteiinin, kuten insuliinin. Tällaisten teosten merkitystä tuskin voi yliarvioida.
Luotiin menetelmä peptidien spatiaalisen rakenteen monimutkaiseen analyysiin käyttämällä erilaisia fysikaalisia ja laskennallisia menetelmiä. Mutta peptidin monimutkainen tilavuusarkkitehtuuri määrittää kaikki sen biologisen aktiivisuuden erityispiirteet. Minkä tahansa biologisesti aktiivisen aineen avaruudellinen rakenne tai, kuten sanotaan, sen konformaatio on avain sen toimintamekanismin ymmärtämiseen.
Uuden peptidijärjestelmien - depsipeltidien - edustajien joukosta tiedemiesryhmä löysi hämmästyttävän luonteisia aineita, jotka pystyvät selektiivisesti siirtämään metalli-ioneja biologisten kalvojen, niin kutsuttujen ionoforien, läpi. Ja tärkein niistä on valinomysiini.
Ionoforien löytö muodosti kokonaisen aikakauden membranologiassa, koska se mahdollisti alkalimetalli-ionien - kaliumin ja natriumin - kuljetuksen tarkoituksenmukaisen muuttamisen biokalvojen läpi. Näiden ionien kuljetus liittyy hermostuneisuusprosesseihin, hengitysprosesseihin ja vastaanottoprosesseihin - ulkoisen ympäristön signaalien havaitsemiseen. Esimerkkinä valinomysiiniä käyttämällä pystyttiin osoittamaan, kuinka biologiset järjestelmät pystyvät valitsemaan vain yhden ionin kymmenien muiden joukosta, sitomaan sen kätevästi kuljetettavaksi kompleksiksi ja siirtämään sen kalvon läpi. Tämä valinomysiinin hämmästyttävä ominaisuus piilee sen tilarakenteessa, joka muistuttaa harjakattoisia rannekoruja.
Toinen ionoforin tyyppi on antibiootti gramicidiini A. Tämä on lineaarinen ketju, joka koostuu 15 aminohaposta, avaruudessa se muodostaa kahden molekyylin spiraalin, ja kuten havaittiin, tämä on todellinen kaksoiskierre. Ensimmäinen kaksoiskierre proteiinijärjestelmissä! Ja kalvoon upotettu spiraalirakenne muodostaa eräänlaisen huokosen, kanavan, jonka kautta alkalimetalli-ionit kulkevat kalvon läpi. Yksinkertaisin malli ionikanavasta. On ymmärrettävää, miksi gramicidiini aiheutti tällaisen myrskyn membranologiassa. Tiedemiehet ovat jo saaneet monia synteettisiä gramisidiinin analogeja; sitä on tutkittu yksityiskohtaisesti keinotekoisilla ja biologisilla kalvoilla. Kuinka paljon viehätysvoimaa ja merkitystä näin pieneltä näyttävässä molekyylissä onkaan!
Valinomysiinin ja gramicidiinin avulla tutkijat vedettiin biologisten kalvojen tutkimukseen.
Biologiset kalvot
Mutta kalvojen koostumus sisältää aina yhden pääkomponentin, joka määrittää niiden luonteen. Nämä ovat rasvan kaltaisia aineita tai lipidejä. Lipidimolekyylit ovat kooltaan pieniä, mutta ne muodostavat vahvoja jättiläiskokonaisuuksia, jotka muodostavat jatkuvan kalvokerroksen. Proteiinimolekyylit on upotettu tähän kerrokseen - ja tässä on yksi biologisen kalvon malleista.
Miksi biokalvot ovat tärkeitä? Yleensä kalvot ovat elävän organismin tärkeimpiä säätelyjärjestelmiä. Nyt biokalvojen tapaan luodaan tärkeitä teknisiä välineitä - mikroelektrodeja, antureita, suodattimia, polttokennoja... Ja jatkonäkymät kalvoperiaatteiden käyttöön tekniikassa ovat todella loputtomat.
Muita biokemian kiinnostuksen kohteita
Nukleiinihappojen kemian tutkimus on tärkeällä paikalla. Niillä pyritään selvittämään kemiallisen mutageneesin mekanismia sekä ymmärtämään nukleiinihappojen ja proteiinien välisen sidoksen luonnetta.
Erityistä huomiota on kiinnitetty pitkään keinotekoiseen geenisynteesiin. Geeni tai yksinkertaisesti sanottuna toiminnallisesti merkittävä osa DNA:ta voidaan nykyään saada jo kemiallisella synteesillä. Tämä on yksi tärkeimmistä muodin nyt "geenitekniikan" alueista. Bioorgaanisen kemian ja molekyylibiologian risteyksessä tehtävät työt vaativat monimutkaisimpien tekniikoiden hallintaa, ystävällistä yhteistyötä kemistien ja biologien välillä.
Toinen biopolymeerien luokka on hiilihydraatit tai polysakkaridit. Tiedämme tämän aineryhmän tyypilliset edustajat - selluloosa, tärkkelys, glykogeeni, juurikassokeri. Mutta elävässä organismissa hiilihydraatit suorittavat monenlaisia toimintoja. Tämä on solun suojaaminen vihollisilta (immuniteetti), se on soluseinien tärkein komponentti, osa reseptorijärjestelmiä.
Lopuksi antibiootit. Laboratorioissa on selvitetty sellaisten tärkeiden antibioottiryhmien, kuten streptotrisiinin, olivomysiinin, albofungiinin, abikovkromysiinin, aureolihapon, rakennetta, joilla on kasvaimia, viruksia ja bakteereja estäviä vaikutuksia.
Kaikista bioorgaanisen kemian hauista ja saavutuksista on mahdotonta kertoa. Voimme vain sanoa varmuudella, että bioorgaanisilla aineilla on enemmän suunnitelmia kuin mitä on tehty.
Biokemia tekee läheistä yhteistyötä molekyylibiologian ja biofysiikan kanssa, jotka tutkivat elämää molekyylitasolla. Hänestä tuli tämän tutkimuksen kemiallinen perusta. Sen uusien menetelmien, uusien tieteellisten käsitteiden luominen ja laaja käyttö edesauttaa biologian edistymistä. Jälkimmäinen puolestaan stimuloi kemian tieteiden kehitystä.
Mikä on biokemia? Biologinen tai fysiologinen biokemia on tiedettä kemiallisista prosesseista, jotka ovat kehon elämän taustalla ja solun sisällä tapahtuvista prosesseista. Biokemian (termi tulee kreikan sanasta "bios" - "elämä") tarkoituksena on tieteenä tutkia kemikaaleja, solujen rakennetta ja aineenvaihduntaa, sen säätelyn luonnetta ja menetelmiä, energian saantimekanismia. solujen sisällä tapahtuvia prosesseja.
Lääketieteellinen biokemia: tieteen ydin ja tavoitteet
Lääketieteellinen biokemia on osa, joka tutkii ihmiskehon solujen kemiallista koostumusta, aineenvaihduntaa siinä (mukaan lukien patologisissa olosuhteissa). Loppujen lopuksi mikä tahansa sairaus, jopa oireettomana aikana, jättää väistämättä jälkensä solujen kemiallisiin prosesseihin, molekyylien ominaisuuksiin, mikä heijastuu biokemiallisen analyysin tuloksiin. Ilman biokemian tuntemusta on mahdotonta löytää taudin kehittymisen syytä ja sen tehokkaan hoidon tapaa.
Biokemiallinen verikoe
Mikä on veren biokemiallinen testi? Biokemiallinen verikoe on yksi laboratoriodiagnostiikan menetelmistä monilla lääketieteen aloilla (esim. endokrinologia, terapia, gynekologia).
Se auttaa diagnosoimaan taudin tarkasti ja tutkimaan verinäytteen seuraavien parametrien mukaan:
alaniiniaminotransferaasi (ALT, ALT);
Kolesteroli tai kolesteroli;
bilirubiini;
urea;
Diastaasi;
Glukoosi, lipaasi;
aspartaattiaminotransferaasi (AST, AsAT);
Gamma-glutamyylitranspeptidaasi (GGT), gamma-HT (glutamyylitranspeptidaasi);
Kreatiniini, proteiini;
Epstein-Barr-viruksen vasta-aineet.
Jokaisen ihmisen terveyden kannalta on tärkeää tietää, mitä veren biokemia on, ja ymmärtää, että sen indikaattorit eivät vain tarjoa kaikkia tietoja tehokkaasta hoito-ohjelmasta, vaan auttavat myös ehkäisemään sairauksia. Poikkeamat normaaliarvoista ovat ensimmäinen merkki siitä, että kehossa on jotain vialla.
maksan verikokeet: merkitys ja tarkoitus
Lisäksi biokemiallinen diagnostiikka mahdollistaa taudin dynamiikan ja hoidon tulosten seurannan, luo täydellisen kuvan aineenvaihdunnasta, mikroelementtien puutteesta elinten työssä. Esimerkiksi maksan biokemiasta tulee pakollinen testi ihmisille, joilla on maksan vajaatoiminta. Mikä se on? Tämä on biokemiallisen verikokeen nimi, jolla tutkitaan maksaentsyymien määrää ja laatua. Jos niiden synteesi on heikentynyt, tällainen tila uhkaa sairauksien, tulehdusprosessien kehittymistä.
Maksan biokemian spesifisyys
Maksan biokemia - mitä se on? Ihmisen maksa koostuu vedestä, lipideistä ja glykogeenista. Sen kudokset sisältävät mineraaleja: kuparia, rautaa, nikkeliä, mangaania, joten maksakudoksen biokemiallinen tutkimus on erittäin informatiivinen ja melko tehokas analyysi. Maksan tärkeimmät entsyymit ovat glukokinaasi, heksokinaasi. Herkimpiä biokemiallisille kokeille ovat sellaiset maksaentsyymit: alaniiniaminotransferaasi (ALT), gamma-glutamyylitransferaasi (GGT), aspartaattiaminotransferaasi (AST) Tutkimusta ohjaavat pääsääntöisesti näiden aineiden indikaattorit.
Täydellistä ja onnistunutta terveytensä seurantaa varten jokaisen tulee tietää, mitä "biokemiallinen analyysi" on.
Biokemian tutkimuksen osa-alueet ja analyysitulosten oikean tulkinnan merkitys
Mitä biokemia tutkii? Ensinnäkin aineenvaihduntaprosessit, solun kemiallinen koostumus, entsyymien, vitamiinien, happojen kemiallinen luonne ja toiminta. Näiden parametrien veriarvot on mahdollista arvioida vain, jos analyysi on tulkittu oikein. Jos kaikki on hyvin, eri parametrien (glukoositaso, proteiini, veren entsyymit) veriarvot eivät saa poiketa normista. Muussa tapauksessa sitä tulisi pitää signaalina kehon häiriöstä.
Biokemian purkaminen
Kuinka tulkita analyysituloksissa olevat luvut? Alla tärkeimmät indikaattorit.
Glukoosi
Glukoositaso osoittaa hiilihlaadun. Rajapitoisuus ei saa ylittää 5,5 mmol / l. Jos taso on alhaisempi, tämä voi viitata diabetekseen, endokriinisiin sairauksiin, maksaongelmiin. Kohonneet glukoositasot voivat johtua diabeteksesta, liikunnasta, hormonaalisista lääkkeistä.
Proteiini
Kolesteroli
Urea
Tämä on proteiinien hajoamisen lopputuotteen nimi. Terveellä ihmisellä sen tulisi erittyä elimistöstä kokonaan virtsan mukana. Jos näin ei tapahdu ja se pääsee verenkiertoon, on välttämätöntä tarkistaa munuaisten toiminta.
Hemoglobiini
Se on punasolujen proteiini, joka kyllästää kehon solut hapella. Normi: miehille - 130-160 g / l, tytöille - 120-150 g / l. Alhaista hemoglobiinitasoa veressä pidetään yhtenä anemian kehittymisen indikaattoreista.
Biokemiallinen verikoe veren entsyymeille (ALAT, ASAT, CPK, amylaasi)
Entsyymit ovat vastuussa maksan, sydämen, munuaisten ja haiman täydellisestä toiminnasta. Ilman tarvittavaa määrää aminohappojen täysimittainen vaihto on yksinkertaisesti mahdotonta.
Aspartaattiaminotransferaasin (AST, AST - sydämen, munuaisten ja maksan soluentsyymi) taso ei saa olla korkeampi kuin 41 ja 31 yksikköä / L miehillä ja naisilla. Muuten se voi viitata hepatiitin, sydänsairauksien kehittymiseen.
Lipaasi (entsyymi, joka hajottaa rasvoja) on tärkeä rooli aineenvaihdunnassa, eikä sen pitäisi ylittää 190 U / L. Kohonnut taso on merkki haiman toimintahäiriöstä.
Biokemiallisen analyysin merkitystä veren entsyymeille on vaikea yliarvioida. Mitä biokemia on ja mitä se tutkii, jokaisen terveydestään välittävän tulee tietää.
Amylaasi
Tätä entsyymiä löytyy haimasta ja syljestä. Hän on vastuussa hiilihydraattien hajoamisesta ja niiden imeytymisestä. Normi on 28-100 yksikköä / l. Sen korkea pitoisuus veressä voi viitata munuaisten vajaatoimintaan, kolekystiittiin, diabetes mellitukseen, vatsakalvontulehdukseen.
Biokemiallisen verikokeen tulokset kirjataan erityiseen muotoon, jossa ilmoitetaan aineiden tasot. Usein tämä analyysi määrätään lisätutkimukseksi väitetyn diagnoosin selventämiseksi. Veren biokemian tuloksia purettaessa tulee muistaa, että niihin vaikuttavat myös potilaan sukupuoli, ikä ja elämäntapa. Nyt tiedät, mitä biokemia tutkii ja kuinka tulkita sen tuloksia oikein.
Kuinka valmistautua kunnolla verenluovutukseen biokemiaa varten?
Akuutit sisäelinten sairaudet;
Päihtymys;
vitamiinin puutos;
Tulehdukselliset prosessit;
Raskaudenaikaisten sairauksien ehkäisyyn;
Diagnoosin selventämiseksi.
Veri analyysiä varten otetaan aikaisin aamulla, etkä voi syödä ennen lääkäriin menoa. Muuten analyysitulokset vääristyvät. Biokemiallinen tutkimus osoittaa, kuinka oikea aineenvaihduntasi ja suolasi ovat kehossasi. Lisäksi pidättäydy juomasta makeaa teetä, kahvia, maitoa vähintään tuntia tai kaksi ennen verinäytteen ottoa.
Muista vastata kysymykseen, mitä biokemia on, ennen kuin teet analyysin. Prosessin ja sen merkityksen tunteminen auttaa sinua arvioimaan terveyttäsi ja olemaan pätevä lääketieteellisissä asioissa.
Miten verta otetaan biokemiaa varten?
Toimenpide ei kestä kauan ja on käytännössä kivuton. Istuvassa asennossa olevasta henkilöstä (joskus tarjotaan makuulle sohvalle) lääkäri ottaa sen kiinnittämällä ensin kiristyssidettä. Pistoskohta on käsiteltävä antiseptisellä aineella. Otettu näyte laitetaan steriiliin putkeen ja lähetetään analysoitavaksi laboratorioon.
Biokemiallisen tutkimuksen laadun valvonta tapahtuu useissa vaiheissa:
Preanalyyttinen (potilaan valmistelu, analyysin ottaminen, kuljetus laboratorioon);
Analyyttinen (biomateriaalin käsittely ja varastointi, annostelu, reaktio, tuloksen analysointi);
Postanalyyttinen (lomakkeen täyttäminen tuloksella, laboratorio- ja kliininen analyysi, lähettäminen lääkärille).
Biokemian tuloksen laatu riippuu valitun tutkimusmenetelmän sopivuudesta, laboranttien pätevyydestä, mittausten tarkkuudesta, teknisestä varustuksesta, reagenssien puhtaudesta ja ruokavalion noudattamisesta.
Biokemia hiuksille
Mikä on hiusten biokemia? Biocurling on pitkäkestoinen curling-menetelmä. Ero tavanomaisen permin ja bioaallon välillä on perustavanlaatuinen. Jälkimmäisessä tapauksessa vetyperoksidia, ammoniakkia, tioglykolihappoa ei käytetä. Vaikuttavan aineen roolia hoitaa kystiinin (biologisen proteiinin) analogi. Tästä tulee hiusten muotoilumenetelmän nimi.
Kiistattomat edut ovat:
Säästävä vaikutus hiusten rakenteeseen;
Epäselvä raja kasvavien ja bioaaltoisten hiusten välillä;
Toimenpide voidaan toistaa odottamatta sen vaikutuksen lopullista häviämistä.
Mutta ennen kuin menet mestarille, seuraavat vivahteet on otettava huomioon:
Biowaving-tekniikka on suhteellisen monimutkainen, ja sinun on oltava tunnollinen mestarin valinnassa;
Vaikutus on lyhytaikainen, noin 1-4 kuukautta (erityisesti hiuksissa, joita ei ole permedoitu, värjätty, joilla on tiheä rakenne);
Biowave ei ole halpa (keskimäärin 1500-3500 ruplaa).
Biokemian menetelmät
Mitä biokemia on ja mitä menetelmiä tutkimuksessa käytetään? Heidän valintansa riippuu hänen tavoitteestaan ja lääkärin asettamista tehtävistä. Ne on suunniteltu tutkimaan solun biokemiallista rakennetta, tutkimaan näytteestä mahdollisia poikkeamia normista ja siten auttamaan taudin diagnosoinnissa, selvittämään toipumisen dynamiikkaa jne.
Biokemia on yksi tehokkaimmista analyyseistä selvennyksen, diagnoosin, hoidon seurannan ja onnistuneen hoito-ohjelman määrittämiseksi.
BIOKEMIA. Luento numero 1. Biokemia tieteenä. Perusaineiden rakenne ja toiminta kehossa. Biokemian aine- ja tutkimusmenetelmät. Katsaus orgaanisten aineiden pääluokista, niiden roolista homeostaasissa.
Biokemia (kreikan sanasta βίος - "elämä" ja egyptiläisestä kéme - "Maa", myös biologinen tai fysiologinen kemia) on tiedettä organismien ja niiden osien kemiallisesta koostumuksesta ja organismeissa tapahtuvista kemiallisista prosesseista. Tiede käsittelee solujen komponenttien ja kehon muodostavien aineiden, kuten proteiinien, hiilihydraattien, lipidien, nukleiinihappojen ja muiden biomolekyylien, rakennetta ja toimintaa. Biokemia pyrkii vastaamaan biologisiin ja biokemiallisiin kysymyksiin kemiallisin menetelmin.
Biokemia on suhteellisen nuori tiede, joka syntyi biologian ja kemian risteyksessä 1800-luvun lopulla. Hän tutkii organismien kehitys- ja toimintaprosesseja molekyylien kielellä, rakennetta ja kemiallisia prosesseja, jotka tarjoavat elämää maapallolla asuville yksi- ja monisoluisille olennoille. Erinomaiset löydöt entsyymien, biokemiallisen genetiikan, molekyylibiologian ja bioenergetiikan aloilla ovat tehneet biokemiasta perustavanlaatuisen tieteenalan, jonka avulla voidaan ratkaista monia tärkeitä biologian ja lääketieteen ongelmia.
Vaikka erilaisia biomolekyylejä on laaja valikoima, monet niistä ovat polymeerejä, ts. monimutkaisia suuria molekyylejä, jotka koostuvat monista samankaltaisista alayksiköistä, monomeereistä. Jokaisella polymeeristen biomolekyylien luokalla on omat näiden alayksiköiden tyypit. Esimerkiksi proteiinit ovat polymeerejä, jotka on valmistettu aminohapoista. Biokemia tutkii tärkeiden biologisten molekyylien, kuten proteiinien, kemiallisia ominaisuuksia, erityisesti entsyymien katalysoimien reaktioiden kemiaa.
Lisäksi suurin osa biokemian tutkimuksesta käsittelee solujen aineenvaihduntaa ja sen endokriinistä ja parakriinistä säätelyä. Muita biokemian aloja ovat DNA:n ja RNA:n geneettisen koodin tutkimus, proteiinien biosynteesi, kuljetus biologisten kalvojen läpi ja signalointi.
Biokemian perusta luotiin 1800-luvun puolivälissä, kun tutkijat, kuten Friedrich Vjoler ja Anselm Paen, pystyivät ensimmäistä kertaa kuvaamaan elävien organismien kemiallisia prosesseja ja osoittamaan, että ne eivät eroa tavallisista kemiallisista prosesseista. Monet 1900-luvun alun työt johtivat proteiinien rakenteen ymmärtämiseen, mahdollisti biokemiallisten reaktioiden (alkoholifermentaation) suorittaminen solun ulkopuolella jne. Samaan aikaan itse termi "biokemia" alkoi käyttää. Ukrainan biokemian perustan loi Vladimir Ivanovich Vernadsky 1920-luvulla.
Historia
1800-luvun alkuun mennessä vallitsi yleinen usko, että elämä ei ollut elottoman luonnon fysikaalisten ja kemiallisten lakien alainen. Uskottiin, että vain elävät organismit pystyvät tuottamaan niille ominaisia molekyylejä. Vasta vuonna 1828 Friedrich Wöhler julkaisi työn urean synteesistä, joka suoritettiin laboratorio-olosuhteissa ja osoitti, että orgaanisia yhdisteitä voidaan luoda keinotekoisesti. Tämä löytö aiheutti vakavan tappion vitalistisille tutkijoille, jotka kielsivät sellaisen mahdollisuuden.
Tuolloin oli olemassa jo faktamateriaalia primaarisiin biokemiallisiin yleistyksiin, joita kertyi ihmisten käytännön toimintojen yhteydessä ruoan ja viinin valmistukseen, langan saamiseen kasveista, ihon puhdistamiseen villasta mikrobien avulla sekä koostumuksen ja viinin tutkimiseen. virtsan ja muiden eritteiden ominaisuudet terve ja sairas ihminen. Velerin teosten jälkeen alettiin vähitellen vakiinnuttaa sellaisia tieteellisiä käsitteitä kuin hengitys, käyminen, käyminen, fotosynteesi. Eläimistä ja kasveista eristettyjen yhdisteiden kemiallisen koostumuksen ja ominaisuuksien tutkiminen tulee orgaanisen kemian (orgaanisten yhdisteiden kemian) aiheeksi.
Biokemian syntyä leimasi myös se, että Anselm Paen löysi vuonna 1833 ensimmäisen entsyymin, diastaasin (tunnetaan nyt nimellä amylaasi). Vitalismin kannattajat käyttivät vaikeuksia saada entsyymejä kudoksista ja soluista väittääkseen, että on mahdotonta tutkia soluentsyymejä elävien olentojen ulkopuolella. Tämän väitteen kumosi venäläinen lääkäri M. Manasseina (1871 - 1872), joka ehdotti mahdollisuutta tarkkailla alkoholikäymistä murskatun (eli rakenteettoman eheyden) hiivan uutteissa. Vuonna 1896 saksalainen tiedemies Eduard Buchner vahvisti tämän mahdollisuuden, joka pystyi luomaan tämän prosessin kokeellisesti uudelleen.
Itse termi "biokemia" ehdotettiin ensimmäisen kerran vuonna 1882, mutta sen uskotaan saaneen laajan käytön saksalaisen kemistin Karl Neubergin vuonna 1903 tekemän työn jälkeen. Siihen mennessä tämä tutkimusalue tunnettiin fysiologisena kemiana. Tämän ajan jälkeen biokemia kehittyi nopeasti, varsinkin 1900-luvun puolivälistä lähtien, mikä johtui pääasiassa uusien menetelmien, kuten kromatografian, röntgenanalyysin, NMR-spektroskopian, radioisotooppileimien käytön, elektroni- ja optisen mikroskopian ja lopulta kehitetyn kehityksen ansiosta. , molekyylidynamiikka ja muut laskennallisen biologian menetelmät. Nämä menetelmät ovat mahdollistaneet monien solun molekyylien ja metabolisten reittien, kuten glykolyysin ja Krebsin syklin, löytämisen ja yksityiskohtaisen analyysin.
Toinen tärkeä historiallinen tapahtuma biokemian kehityksessä oli geenien löytäminen ja niiden rooli tiedon välittämisessä solussa. Tämä löytö loi perustan genetiikan, mutta myös sen monitieteisen haaran syntymiselle biokemian - molekyylibiologian - risteyksessä. 1950-luvulla James Watson, Frances Crick, Rosalind Franklin ja Maurice Wilkins pystyivät tulkitsemaan DNA:n rakenteen ja ehdottivat sen yhteyttä geneettiseen tiedonsiirtoon solussa. Myös 1950-luvulla George Otley ja Edward Tatum osoittivat, että yksi geeni on vastuussa yhden proteiinin synteesistä. DNA-analyysimenetelmien, kuten geneettisen sormenjälkien oton, kehityksen myötä Colin Pitchforkista tuli vuonna 1988 ensimmäinen henkilö, jota syytettiin murhasta DNA-todisteita käyttäen, mikä oli ensimmäinen suuri biokemiallinen rikostekninen menestys. 200-luvulla Andrew Fire ja Craig Mello osoittivat RNA-häiriön (RNAi) roolin geenin ilmentymisen tukahduttamisessa.
Nyt biokemiallinen tutkimus etenee kolmeen suuntaan, Michael Sugarin muotoilemalla. Kasvibiokemia tutkii pääasiassa autotrofisten organismien biokemiaa ja prosesseja, kuten fotosynteesiä ja muita. Yleinen biokemia sisältää sekä kasvien ja eläinten että ihmisten tutkimuksen, kun taas lääketieteellinen biokemia keskittyy ensisijaisesti ihmisen biokemiaan ja biokemiallisten prosessien poikkeamiin normista, erityisesti sairauksien seurauksena.
Biokemia on tiede, joka tutkii erilaisia molekyylejä, kemiallisia reaktioita ja prosesseja elävissä soluissa ja organismeissa. Biokemian perusteellinen tuntemus on ehdottoman välttämätön kahden biolääketieteen pääalueen menestyksekkäälle kehittämiselle: 1) ihmisten terveyden ylläpitämisen ongelmien ratkaiseminen; 2) erilaisten sairauksien syiden selvittäminen ja keinojen löytäminen niiden tehokkaaseen hoitoon.
BIOKEMIA JA TERVEYS
Maailman terveysjärjestö (WHO) määrittelee terveyden "täydellisen fyysisen, henkisen ja sosiaalisen hyvinvoinnin tilaksi, joka ei rajoitu yksinkertaisesti sairauksien ja vaivojen puuttumiseen". Tarkkaan biokemiallisesta näkökulmasta katsottuna organismia voidaan pitää terveenä, jos monet tuhannet solujen sisällä ja solunulkoisessa ympäristössä tapahtuvat reaktiot etenevät sellaisissa olosuhteissa ja sellaisilla nopeuksilla, jotka takaavat organismin maksimaalisen elinkelpoisuuden ja ylläpitävät fysiologisesti normaalia (ei -patologinen) tila.
BIOKEMIA, RAVITSEMINEN, ENNALTA JA HOITO
Yksi terveenä pysymisen tärkeimmistä edellytyksistä on optimaalinen ruokavalio, joka sisältää erilaisia kemikaaleja; tärkeimmät ovat vitamiinit, jotkut aminohapot, jotkut rasvahapot, erilaiset kivennäisaineet ja vesi. Kaikki nämä aineet ovat tavalla tai toisella kiinnostavia sekä biokemian että rationaalisen ravitsemuksen tieteen kannalta. Näin ollen näiden kahden tieteen välillä on läheinen yhteys. Lisäksi voidaan olettaa, että terveydenhuoltopalveluiden hintojen nousun hillitsemispyrkimysten taustalla kiinnitetään entistä enemmän huomiota terveyden ylläpitämiseen ja sairauksien ehkäisyyn, ts. ennaltaehkäisevä lääkitys. Joten esimerkiksi ateroskleroosin ja syövän ehkäisemiseksi ajan myötä on todennäköistä, että tasapainoiselle ruokavaliolle kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Samalla tasapainoisen ruokavalion käsitteen tulee perustua biokemian tuntemukseen.
BIOKEMIA JA SAIraudet
Kaikki sairaudet ovat ilmentymiä joistakin molekyylien ominaisuuksien muutoksista ja häiriöistä kemiallisten reaktioiden ja prosessien aikana. Taulukossa on esitetty tärkeimmät tekijät, jotka johtavat eläinten ja ihmisten tautien kehittymiseen. 1.1. Ne kaikki vaikuttavat yhteen tai useampaan keskeiseen kemialliseen reaktioon tai toiminnallisesti tärkeiden molekyylien rakenteeseen ja ominaisuuksiin.
Biokemiallisen tutkimuksen panos sairauksien diagnosointiin ja hoitoon on seuraava.
Taulukko 1.1. Tärkeimmät tekijät, jotka johtavat sairauksien kehittymiseen. Ne kaikki vaikuttavat erilaisiin biokemiallisiin prosesseihin solussa tai koko kehossa.
1. Fyysiset tekijät: mekaaniset vammat, äärimmäiset lämpötilat, äkilliset ilmanpaineen muutokset, säteily, sähköisku
2. Kemialliset aineet ja lääkkeet: jotkut myrkylliset yhdisteet, terapeuttiset lääkkeet jne.
4. Hapen nälänhätä: veren menetys, heikentynyt happea kuljettava toiminta, hapettavien entsyymien myrkytys
5. Geneettiset tekijät: synnynnäinen, molekyyli
6. Immunologiset reaktiot: anafylaksia, autoimmuunisairaudet
7. Ravitsemuksellinen epätasapaino: aliravitsemus, yliravitsemus
Näiden tutkimusten ansiosta voit 1) tunnistaa taudin syyn; 2) ehdottaa järkevää ja tehokasta hoitotapaa; 3) kehittää menetelmiä väestön joukkoseulonnalle varhaista diagnoosia varten; 4) seurata taudin kulkua; 5) seurata hoidon tehokkuutta. Liitteessä kuvataan tärkeimmät biokemialliset testit, joita käytetään eri sairauksien diagnosoinnissa. Tähän liitteeseen on hyödyllistä viitata aina, kun kyse on eri sairauksien (esimerkiksi sydäninfarkti, akuutti haimatulehdus jne.) biokemiallisesta diagnostiikasta.
Biokemian potentiaalia sairauksien ehkäisyssä ja hoidossa havainnollistetaan lyhyesti kolmella esimerkillä; katsomme vielä muutamia esimerkkejä myöhemmin luvussa.
1. On hyvin tunnettua, että terveyden ylläpitämiseksi henkilön on saatava tiettyjä monimutkaisia orgaanisia yhdisteitä - vitamiineja. Elimistössä vitamiinit muuttuvat monimutkaisemmiksi molekyyleiksi (koentsyymeiksi), joilla on keskeinen rooli monissa solujen reaktioissa. Minkä tahansa vitamiinin puute ruokavaliosta voi johtaa erilaisten sairauksien kehittymiseen, esimerkiksi keripukkiin C-vitamiinin puutteella tai riisitautiin D-vitamiinin puutteella. Vitamiinien tai niiden biologisesti aktiivisten johdannaisten keskeisen roolin selvittäminen on tullut yksi tärkeimmistä tehtävistä, joita biokemistit ja ravitsemusasiantuntijat ovat ratkaisseet tämän vuosisadan alusta lähtien.
2. Fenyyliketonuriana (PKU) tunnettu tila voi hoitamattomana johtaa vakavaan henkiseen jälkeenjääneisyyteen. PKU:n biokemiallinen luonne on ollut tiedossa noin 30 vuotta: taudin aiheuttaa sen entsyymin puuttuminen tai täydellinen puuttuminen, joka katalysoi aminohapon fenyylialaniinin muuttumista toiseksi aminohapoksi, tyrosiiniksi. Tämän entsyymin riittämätön aktiivisuus johtaa ylimääräisen fenyylialaniinin ja joidenkin sen metaboliittien, erityisesti ketonien, kerääntymiseen kudoksiin, mikä vaikuttaa haitallisesti keskushermoston kehitykseen. PKU:n biokemiallisten perusteiden selvittämisen jälkeen löydettiin järkevä hoitomenetelmä: sairaille lapsille määrätään ruokavalio, jossa on alhainen fenyylialaniinipitoisuus. Vastasyntyneiden joukkotutkimus PKU:n varalta mahdollistaa hoidon aloittamisen tarvittaessa välittömästi.
3. Kystinen fibroosi on perinnöllinen eksokriinisten rauhasten ja erityisesti hikirauhasten sairaus. Taudin syytä ei tiedetä. Kystinen fibroosi on yksi yleisimmistä geneettisistä sairauksista Pohjois-Amerikassa. Sille on ominaista epänormaalin viskoosit eritteet, jotka tukkivat haiman ja keuhkoputkien erityskanavat. Tästä taudista kärsivät kuolevat useimmiten varhaisessa iässä keuhkotulehdukseen. Koska taudin molekyyliperustaa ei tunneta, vain oireenmukainen hoito on mahdollista. Voidaan kuitenkin toivoa, että lähitulevaisuudessa yhdistelmä-DNA-tekniikalla saadaan selville taudin molekulaarinen luonne, mikä mahdollistaa tehokkaamman hoitomenetelmän löytämisen.
BIOKEMIAN MUODOLINEN MÄÄRITELMÄ
Biokemia, kuten nimestä voi päätellä (kreikan sanasta bios-life), on elämän kemiaa, tai tarkemmin sanottuna tiedettä elämänprosessien kemiallisista perusteista.
Elävien järjestelmien rakenneyksikkö on solu, joten voidaan antaa toinenkin määritelmä: biokemia tieteenä tutkii elävien solujen kemiallisia komponentteja sekä reaktioita ja prosesseja, joissa ne ovat mukana. Tämän määritelmän mukaan biokemia kattaa laajat solubiologian ja koko molekyylibiologian alueet.
BIOKEMIAN ONGELMAT
Biokemian päätehtävänä on saavuttaa täydellinen ymmärrys molekyylitasolla kaikkien solujen elintärkeään toimintaan liittyvien kemiallisten prosessien luonteesta.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen eristää soluista lukuisat siellä olevat yhdisteet, määrittää niiden rakenne ja määrittää niiden toiminnot. Esimerkkinä voimme mainita lukuisia tutkimuksia, joiden tarkoituksena on selvittää lihasten supistumisen molekyylipohjaa ja useita vastaavia prosesseja. Tämän seurauksena monet eri kompleksisuusasteiset yhdisteet eristettiin puhdistetussa muodossa ja suoritettiin yksityiskohtaisia rakenteellisia ja toiminnallisia tutkimuksia. Tämän seurauksena oli mahdollista selvittää useita lihasten supistumisen molekyyliperustan näkökohtia.
Toinen biokemian tehtävä on selvittää elämän syntyä. Ymmärryksemme tästä jännittävästä prosessista ei ole läheskään tyhjentävä.
TUTKIMUSALAt
Biokemian ala on yhtä laaja kuin elämä itse. Missä tahansa on elämää, siellä tapahtuu erilaisia kemiallisia prosesseja. Biokemia tutkii kemiallisia reaktioita mikro-organismeissa, kasveissa, hyönteisissä, kaloissa, linnuissa, alemmissa ja korkeammissa nisäkkäissä ja erityisesti ihmiskehossa. Biolääketieteen tieteitä opiskeleville opiskelijoille ovat erityisen kiinnostavia
kaksi viimeistä jaksoa. Olisi kuitenkin lyhytnäköistä, jos ei olisi aavistustakaan joidenkin muiden elämänmuotojen biokemiallisista ominaisuuksista: usein nämä ominaisuudet ovat välttämättömiä erilaisten ihmiseen suoraan liittyvien tilanteiden ymmärtämiseksi.
BIOKEMIA JA LÄÄKETIE
Biokemian ja lääketieteen välillä on laaja kaksisuuntainen suhde. Biokemiallisen tutkimuksen ansiosta pystyttiin vastaamaan moniin sairauksien kehittymiseen liittyviin kysymyksiin, ja joidenkin sairauksien syiden ja kehityksen kulun tutkiminen johti uusien biokemian alueiden syntymiseen.
Biokemialliset tutkimukset, joiden tarkoituksena on tunnistaa sairauksien syitä
Yllä olevan lisäksi tarjoamme neljä muuta esimerkkiä havainnollistamaan biokemian mahdollisten sovellusten laajuutta. 1. Koleran aiheuttajan tuottaman toksiinin vaikutusmekanismin analyysi mahdollisti taudin kliinisistä oireista (ripuli, kuivuminen) liittyvien tärkeiden seikkojen selventämisen. 2. Monissa afrikkalaisissa kasveissa yhden tai useamman välttämättömän aminohapon pitoisuus on hyvin alhainen. Tämän tosiasian paljastaminen mahdollisti sen, että ihmiset, joille nämä kasvit ovat tärkein proteiinin lähde, kärsivät proteiinin puutteesta. 3. Havaittiin, että hyttyset - malariapatogeenien kantajat - voivat kehittää biokemiallisia järjestelmiä, jotka tekevät niistä immuuneja hyönteismyrkkyjä vastaan; tämä on tärkeää ottaa huomioon suunniteltaessa malarian vastaista vastetta. 4. Grönlannin eskimot kuluttavat suuria määriä kalaöljyä, joka sisältää runsaasti monityydyttymättömiä rasvahappoja; samalla tiedetään, että niille on ominaista alhainen veren kolesterolipitoisuus, ja siksi ateroskleroosi kehittyy paljon harvemmin. Nämä havainnot ehdottivat mahdollisuutta käyttää monityydyttymättömiä rasvahappoja alentamaan plasman kolesterolia.
Sairauksien tutkiminen edistää biokemian kehittymistä
Englantilaisen lääkärin Sir Archibald Garrodin havainnot 1900-luvun alussa. pienelle ryhmälle potilaita, jotka kärsivät synnynnäisistä aineenvaihduntahäiriöistä, he stimuloivat biokemiallisten reittien tutkimusta, jonka rikkominen tapahtuu tällaisissa olosuhteissa. Pyrkimykset ymmärtää perinnöllisen häiriön luonnetta, jota kutsutaan familiaaliseksi hyperkolesterolemiaksi ja joka johtaa vakavan ateroskleroosin kehittymiseen varhaisessa iässä, ovat auttaneet keräämään nopeasti tietoa solureseptoreista ja solujen kolesterolin imeytymisen mekanismeista. Syöpäsolujen onkogeenien intensiivinen tutkimus on kiinnittänyt huomiota solujen kasvun hallinnan molekyylimekanismeihin.
Alempien organismien ja virusten tutkimus
Arvokasta tietoa, joka osoittautui erittäin hyödylliseksi biokemiallisen tutkimuksen suorittamiseksi klinikalla, saatiin joidenkin alempien organismien ja virusten tutkimuksesta. Esimerkiksi nykyaikaiset teoriat geenien ja entsyymien toiminnan säätelystä syntyivät home- ja bakteeritutkimuksen uraauurtavan pohjalta. Yhdistelmä-DNA-tekniikka sai alkunsa bakteerien ja bakteerivirusten tutkimuksesta. Bakteerien ja virusten tärkein etu biokemiallisen tutkimuksen kohteina on niiden korkea lisääntymisnopeus; tämä helpottaa suuresti geneettistä analyysiä ja geenimanipulaatiota. Joidenkin eläinten syövän (virusonkogeenien) kehittymisestä vastuussa olevien virusgeenien tutkimuksessa saadut tiedot mahdollistivat sen, että pystyttiin ymmärtämään paremmin mekanismia, jolla normaalit ihmissolut muuttuvat syöpäsoluiksi.
BIOKEMIA JA MUUT BIOLOGIATIETEET
Nukleiinihappojen biokemia on genetiikan perusta; geneettisten lähestymistapojen käyttö puolestaan osoittautui hedelmälliseksi monilla biokemian aloilla. Fysiologia, tiede kehon toiminnasta, menee hyvin päällekkäin biokemian kanssa. Immunologiassa käytetään suurta määrää biokemiallisia menetelmiä, ja biokemistit puolestaan käyttävät laajasti monia immunologisia lähestymistapoja. Farmakologia ja farmasia perustuvat biokemiaan ja fysiologiaan; useimpien lääkkeiden metabolia tapahtuu asianmukaisten entsymaattisten reaktioiden seurauksena. Myrkyt vaikuttavat biokemiallisiin reaktioihin tai prosesseihin; nämä kysymykset ovat toksikologian aiheita. Kuten olemme jo sanoneet, erityyppisten patologioiden ytimessä on useiden kemiallisten prosessien rikkominen. Tämä johtaa biokemiallisten lähestymistapojen lisääntyvään käyttöön erityyppisten patologioiden (esimerkiksi tulehduksen, soluvaurion ja syövän) tutkimiseen. Monet eläintieteen ja kasvitieteen parissa työskentelevistä käyttävät laajasti biokemiallisia lähestymistapoja työssään. Nämä suhteet eivät ole yllättäviä, koska, kuten tiedämme, elämä kaikissa ilmenemismuodoissaan riippuu monista biokemiallisista reaktioista ja prosesseista. Biologian tieteiden väliset aiemmat esteet ovat käytännössä tuhoutuneet, ja biokemiasta on yhä enemmän tulossa heidän yhteinen kielensä.
