Viață și neînsuflețit? Chimie și biochimie? Unde este linia dintre ei? Și ea este acolo? Unde este legătura? De multă vreme, natura are cheia rezolvării acestor probleme. Și numai în secolul XX a fost posibil să dezvăluie ușor secretele vieții, iar multe dintre întrebările cardinale au devenit mai clare atunci când oamenii de știință au venit la cercetare la nivel molecular. Cunoașterea fundamentelor fizico-chimice ale proceselor vieții a devenit una dintre sarcinile principale ale științei naturii și tocmai în această direcție s-au obținut, probabil, cele mai interesante rezultate, care au o semnificație teoretică fundamentală și promit rezultate extraordinare în practică.
Chimia se uită de multă vreme îndeaproape la substanțele naturale implicate în procesele vieții.
În ultimele două secole, chimia a fost destinată să joace un rol remarcabil în cunoașterea naturii vii. În prima etapă, studiul chimic a fost descriptiv, iar oamenii de știință au izolat și caracterizat o varietate de substanțe naturale, produse reziduale ale microorganismelor, plantelor și animalelor, care aveau adesea proprietăți valoroase (medicamente, coloranți etc.). Cu toate acestea, abia relativ recent această chimie tradițională a compușilor naturali a fost înlocuită de biochimia modernă, cu aspirația ei nu doar de a descrie, ci și de a explica, și nu doar cea mai simplă, ci și cea mai complexă din viețuitoare.
Biochimie anorganică
Biochimia anorganică ca știință a luat contur la mijlocul secolului al XX-lea, când au izbucnit în scenă noi domenii ale biologiei, fertilizate de realizările altor științe și când specialiștii unei noi mentalități au venit la știința naturii, uniți de dorința și dorinta de a descrie mai exact lumea vie. Și nu este o coincidență că sub același acoperiș al clădirii de modă veche de pe Akademichesky Proezd, 18 ani, se aflau două institute nou organizate care reprezentau cele mai noi domenii ale științei chimice și biologice la acea vreme - Institutul de Chimie a Compușilor Naturali și Institutul de Radiații și Biologie Fizico-chimică. Aceste două institute au fost menite să declanșeze o luptă în țara noastră pentru cunoașterea mecanismelor proceselor biologice și o elucidare detaliată a structurilor substanțelor active fiziologic.
În această perioadă, a devenit clară structura unică a obiectului principal al biologiei moleculare - acidul dezoxiribonucleic (ADN), faimosul „helix dublu”. (Aceasta este o moleculă lungă, pe care, ca pe o bandă sau o matrice, este înregistrat „textul” complet al tuturor informațiilor despre organism.) A apărut structura primei proteine, hormonul insulină, și sinteza chimică. a hormonului oxitocină a fost efectuată cu succes.
Și ce este, de fapt, biochimia, ce face ea?
Această știință studiază structurile naturale și artificiale (sintetice) importante din punct de vedere biologic, compușii chimici - atât biopolimeri, cât și substanțele cu greutate moleculară mică. Mai precis, legile care guvernează relația dintre structura lor chimică specifică și funcția fiziologică corespunzătoare. Chimia bioorganică este interesată de structura subtilă a unei molecule a unei substanțe importante din punct de vedere biologic, de conexiunile sale interne, de dinamica și de mecanismul specific al schimbării sale, de rolul fiecăreia dintre legăturile sale în îndeplinirea unei funcții.
Biochimia este cheia înțelegerii proteinelor
Chimia bioorganică a făcut, fără îndoială, progrese majore în studiul substanțelor proteice. În 1973, a fost finalizată elucidarea structurii primare complete a enzimei aspartat aminotransferaza, constând din 412 reziduuri de aminoacizi. Este unul dintre cei mai importanți biocatalizatori ai unui organism viu și una dintre cele mai mari proteine cu o structură descifrată. Mai târziu, a fost determinată structura altor proteine importante - mai multe neurotoxine din veninul cobra din Asia Centrală, care sunt utilizate în studiul mecanismului de transmitere a excitației nervoase ca blocanți specifici, precum și hemoglobina vegetală din nodulii galbeni de lupin și proteina antileucemică actinoxantina.
Rodopsinele sunt de mare interes. Se știe de mult timp că rodopsina este principala proteină implicată în procesele de recepție vizuală la animale și este izolată din sistemele speciale ale ochiului. Această proteină unică primește semnale luminoase și ne oferă capacitatea de a vedea. S-a descoperit că o proteină asemănătoare rodopsinei se găsește în unele microorganisme, dar are o funcție foarte diferită (deoarece bacteriile „nu văd”). Aici el este o mașină energetică care sintetiză substanțe bogate în energie în detrimentul luminii. Ambele proteine sunt foarte asemănătoare ca structură, dar scopul lor este fundamental diferit.
Unul dintre cele mai importante obiecte de studiu a fost enzima implicată în implementarea informației genetice. Deplasându-se de-a lungul matricei ADN, pare să citească informațiile ereditare înregistrate în ea și pe această bază sintetizează acidul ribonucleic informațional. Acesta din urmă, la rândul său, servește ca o matrice pentru sinteza proteinelor. Această enzimă este o proteină uriașă, greutatea sa moleculară este aproape de jumătate de milion (rețineți: în apă are doar 18) și constă din mai multe subunități diferite. Elucidarea structurii sale a fost menită să ajute să răspundă la cea mai importantă întrebare a biologiei: care este mecanismul de „înlăturare” a informațiilor genetice, cum este decodificarea textului scris în ADN - substanța principală a eredității.
Peptide
Oamenii de știință sunt atrași nu numai de proteine, ci și de lanțuri mai scurte de aminoacizi numite peptide. Printre acestea se numără sute de substanțe de o semnificație fiziologică enormă. Vasopresina și angiotensina sunt implicate în reglarea tensiunii arteriale, gastrina controlează secreția de suc gastric, gramicidina C și polimixina sunt antibiotice, care includ și așa-numitele substanțe de memorie. Într-un lanț scurt, o cantitate imensă de informații biologice este scrisă de mai multe „litere” de aminoacizi!
Astăzi suntem capabili să obținem artificial nu numai orice peptidă complexă, ci și o proteină simplă, cum ar fi insulina. Importanța unor astfel de lucrări nu poate fi supraestimată.
A fost creată o metodă pentru analiza complexă a structurii spațiale a peptidelor folosind o varietate de metode fizice și computaționale. Dar arhitectura volumetrică complexă a peptidei determină toate specificul activității sale biologice. Structura spațială a oricărei substanțe biologic active sau, după cum se spune, conformația sa, este cheia înțelegerii mecanismului acțiunii sale.
Printre reprezentanții unei noi clase de sisteme peptidice - depsipeltide - o echipă de oameni de știință a descoperit substanțe de o natură uimitoare, capabile să transfere selectiv ionii metalici prin membranele biologice, așa-numiții ionofori. Și principalul dintre ele este valinomicina.
Descoperirea ionoforilor a constituit o întreagă eră în membranologie, deoarece a făcut posibilă modificarea intenționată a transportului ionilor de metale alcaline - potasiu și sodiu - prin biomembrane. Transportul acestor ioni este asociat cu procesele de excitație nervoasă și cu procesele de respirație și cu procesele de recepție - percepția semnalelor din mediul extern. Folosind valinomicina ca exemplu, a fost posibil să se arate modul în care sistemele biologice sunt capabile să selecteze doar un ion din zeci de alții, să-l lege într-un complex transportabil convenabil și să-l transfere prin membrană. Această proprietate uimitoare a valinomicinei constă în structura sa spațială, care seamănă cu o brățară ajurata.
Un alt tip de ionofor este antibioticul gramicidina A. Acesta este un lanț liniar construit din 15 aminoacizi, în spațiu formează o spirală de două molecule și, așa cum s-a descoperit, acesta este un adevărat dublu helix. Primul dublu helix din sistemele proteice! Iar structura spirală, încorporată în membrană, formează un fel de por, un canal prin care ionii de metale alcaline trec prin membrană. Cel mai simplu model al unui canal ionic. Este de înțeles de ce gramicidina a provocat o astfel de furtună în membranologie. Oamenii de știință au obținut deja mulți analogi sintetici ai gramicidinei; aceasta a fost studiată în detaliu pe membrane artificiale și biologice. Cât farmec și semnificație există într-o moleculă atât de mică!
Cu ajutorul valinomicinei și gramicidinei, oamenii de știință au fost atrași în studiul membranelor biologice.
Membrane biologice
Dar compoziția membranelor include întotdeauna încă o componentă principală care determină natura lor. Acestea sunt substanțe asemănătoare grăsimilor sau lipide. Moleculele de lipide au dimensiuni mici, dar formează ansambluri gigantice puternice care formează un strat continuu de membrană. Moleculele de proteine sunt încorporate în acest strat - și iată unul dintre modelele unei membrane biologice.
De ce sunt importante biomembranele? În general, membranele sunt cele mai importante sisteme de reglare ale unui organism viu. Acum, asemănător biomembranelor, se creează mijloace tehnice importante - microelectrozi, senzori, filtre, celule de combustie... Și perspectivele suplimentare pentru utilizarea principiilor membranelor în tehnologie sunt cu adevărat nesfârșite.
Alte interese ale biochimiei
Cercetările privind chimia acizilor nucleici ocupă un loc proeminent. Acestea au ca scop descifrarea mecanismului mutagenezei chimice, precum și înțelegerea naturii legăturii dintre acizii nucleici și proteine.
O atenție specială a fost acordată mult timp sintezei artificiale a genelor. O genă sau, pentru a spune simplu, o porțiune semnificativă funcțional a ADN-ului, astăzi poate fi obținută deja prin sinteză chimică. Aceasta este una dintre cele mai importante domenii ale „inginerii genetice” la modă. Lucrările la joncțiunea chimiei bioorganice cu biologia moleculară necesită stăpânirea celor mai complexe tehnici, cooperarea prietenoasă între chimiști și biologi.
O altă clasă de biopolimeri sunt carbohidrații sau polizaharidele. Cunoaștem reprezentanți tipici ai acestui grup de substanțe - celuloză, amidon, glicogen, zahăr din sfeclă. Dar într-un organism viu, carbohidrații îndeplinesc o mare varietate de funcții. Aceasta este protecția celulei de inamici (imunitate), este cea mai importantă componentă a pereților celulari, o componentă a sistemelor receptorilor.
În sfârșit, antibiotice. În laboratoare, a fost clarificată structura unor grupuri atât de importante de antibiotice precum streptotricina, olivomicina, albofunginul, abikovcromicina, acidul aureolic, care au activitate antitumorală, antivirală și antibacteriană.
Este imposibil de spus despre toate căutările și realizările chimiei bioorganice. Putem spune doar cu certitudine că bioorganicii au mai multe planuri decât ceea ce s-a făcut.
Biochimia lucrează îndeaproape cu biologia moleculară, biofizica, care studiază viața la nivel molecular. Ea a devenit baza chimică a acestei cercetări. Crearea și utilizarea pe scară largă a noilor sale metode, noilor concepte științifice contribuie la progresul în continuare al biologiei. Acesta din urmă, la rândul său, stimulează dezvoltarea științelor chimice.
Ce este biochimia? Biochimia biologică sau fiziologică este știința proceselor chimice care stau la baza vieții corpului și a celor care au loc în interiorul celulei. Scopul biochimiei (termenul provine din cuvântul grecesc „bios” - „viață”) ca știință este studiul substanțelor chimice, al structurii și metabolismului celulelor, al naturii și metodelor de reglare a acesteia, al mecanismului de alimentare cu energie a procesele din interiorul celulelor.
Biochimia medicală: esența și scopurile științei
Biochimia medicală este o secțiune care studiază compoziția chimică a celulelor corpului uman, metabolismul în acesta (inclusiv în condiții patologice). La urma urmei, orice boală, chiar și într-o perioadă asimptomatică, își va lăsa inevitabil amprenta asupra proceselor chimice din celule, proprietățile moleculelor, care se vor reflecta în rezultatele analizei biochimice. Fără cunoștințe de biochimie, este imposibil de găsit cauza dezvoltării bolii și modul de tratament eficient al acesteia.
Test de sânge biochimic
Ce este un test de biochimie a sângelui? Un test de sânge biochimic este una dintre metodele de diagnosticare de laborator în multe domenii ale medicinei (de exemplu, endocrinologie, terapie, ginecologie).
Ajută la diagnosticarea cu precizie a bolii și la examinarea unei probe de sânge în conformitate cu următorii parametri:
Alanin aminotransferaza (ALT, ALT);
Colesterol sau colesterol;
Bilirubină;
Uree;
Diastază;
Glucoză, lipază;
Aspartat aminotransferaza (AST, AsAT);
Gamma-glutamil transpeptidază (GGT), gamma-HT (glutamil transpeptidază);
Creatinină, proteine;
Anticorpi împotriva virusului Epstein-Barr.
Pentru sănătatea fiecărei persoane, este important să știm ce este biochimia sângelui și să înțelegem că indicatorii acesteia nu numai că vor furniza toate datele pentru un regim de tratament eficient, ci vor ajuta și la prevenirea bolilor. Abaterile de la valorile normale sunt primul semnal că ceva nu este în regulă în organism.
teste de sânge pentru ficat: semnificație și scop
În plus, diagnosticarea biochimică va permite monitorizarea dinamicii bolii și a rezultatelor tratamentului, creând o imagine completă a metabolismului, a deficitului de microelemente în activitatea organelor. De exemplu, biochimia ficatului va deveni un test obligatoriu pentru persoanele cu insuficiență hepatică. Ce este? Acesta este numele unui test biochimic de sânge pentru a studia cantitatea și calitatea enzimelor hepatice. Dacă sinteza lor este afectată, atunci o astfel de stare amenință dezvoltarea bolilor, proceselor inflamatorii.
Specificitatea biochimiei hepatice
Biochimia ficatului - ce este? Ficatul uman este format din apă, lipide, glicogen. Țesuturile sale conțin minerale: cupru, fier, nichel, mangan, prin urmare studiul biochimic al țesutului hepatic este o analiză foarte informativă și destul de eficientă. Cele mai importante enzime din ficat sunt glucokinaza, hexokinaza. Cele mai sensibile la testele biochimice sunt următoarele enzime hepatice: alanina aminotransferaza (ALT), gamma-glutamil transferaza (GGT), aspartat aminotransferaza (AST).De regulă, studiul este ghidat de indicatorii acestor substanțe.
Pentru o monitorizare completă și de succes a stării lor de sănătate, toată lumea ar trebui să știe ce este o „analiza biochimică”.
Domenii de cercetare în biochimie și importanța interpretării corecte a rezultatelor analizelor
Ce studiază biochimia? În primul rând, procesele metabolice, compoziția chimică a celulei, natura chimică și funcția enzimelor, vitaminelor, acizilor. Este posibil să se evalueze hemoleucograma pentru acești parametri numai dacă analiza este descifrată corect. Dacă totul este bine, atunci numărul de sânge pentru diverși parametri (nivel de glucoză, proteine, enzime din sânge) nu ar trebui să se abate de la normă. În caz contrar, ar trebui privit ca un semnal de perturbare a organismului.
Descifrarea biochimiei
Cum se descifrează numerele din rezultatele analizei? Mai jos sunt principalii indicatori.
Glucoză
Nivelul de glucoză arată calitatea procesului de metabolism al carbohidraților. Conținutul limită nu trebuie să depășească 5,5 mmol / l. Dacă nivelul este mai scăzut, atunci acest lucru poate indica diabet zaharat, boli endocrine, probleme hepatice. Nivelurile crescute de glucoză se pot datora diabetului zaharat, exercițiilor fizice, medicamentelor hormonale.
Proteină
Colesterolul
Uree
Acesta este numele produsului final al descompunerii proteinelor. La o persoană sănătoasă, ar trebui să fie complet excretat din organism prin urină. Dacă acest lucru nu se întâmplă și intră în sânge, atunci este imperativ să se verifice funcționarea rinichilor.
Hemoglobină
Este o proteină a globulelor roșii care saturează celulele corpului cu oxigen. Normă: pentru bărbați - 130-160 g/l, pentru fete - 120-150 g/l. Un nivel scăzut de hemoglobină în sânge este considerat unul dintre indicatorii dezvoltării anemiei.
Test biochimic de sânge pentru enzimele din sânge (ALAT, ASAT, CPK, amilază)
Enzimele sunt responsabile pentru funcționarea completă a ficatului, inimii, rinichilor și pancreasului. Fără cantitatea necesară, un schimb complet de aminoacizi este pur și simplu imposibil.
Nivelul aspartat aminotransferazei (AST, AST - o enzimă celulară a inimii, rinichilor, ficatului) nu trebuie să fie mai mare de 41 și, respectiv, 31 de unități / L pentru bărbați, respectiv femei. În caz contrar, poate indica dezvoltarea hepatitei, bolilor de inimă.
Lipaza (o enzimă care descompune grăsimile) joacă un rol important în metabolism și nu trebuie să depășească 190 U/L. Un nivel crescut semnalează o funcționare defectuoasă a pancreasului.
Este dificil de supraestimat importanța analizei biochimice pentru enzimele din sânge. Ce este biochimia și ce studiază, trebuie să știe fiecare persoană căreia îi pasă de sănătatea sa.
Amilază
Această enzimă se găsește în pancreas și salivă. El este responsabil de descompunerea carbohidraților și de absorbția acestora. Norma este de 28-100 unități/l. Conținutul său ridicat în sânge poate indica insuficiență renală, colecistită, diabet zaharat, peritonită.
Rezultatele unui test biochimic de sânge sunt înregistrate într-o formă specială, unde sunt indicate nivelurile de substanțe. Adesea, această analiză este prescrisă ca una suplimentară pentru a clarifica presupusul diagnostic. Când decodați rezultatele biochimiei sângelui, rețineți că acestea sunt afectate și de sexul, vârsta și stilul de viață al pacientului. Acum știți ce studii de biochimie și cum să interpretați corect rezultatele acesteia.
Cum să vă pregătiți corect pentru donarea de sânge pentru biochimie?
Boli acute ale organelor interne;
Intoxicaţie;
deficit de vitamine;
procese inflamatorii;
Pentru prevenirea bolilor în timpul sarcinii;
Pentru a clarifica diagnosticul.
Sângele pentru analiză este luat dimineața devreme și nu puteți mânca înainte de a merge la medic. În caz contrar, rezultatele analizei vor fi distorsionate. Cercetările biochimice vor arăta cât de corectă este metabolismul și sarea din organism. În plus, evitați să beți ceai dulce, cafea, lapte cu cel puțin o oră sau două înainte de prelevarea de sânge.
Asigurați-vă că răspundeți la întrebarea despre ce este biochimia înainte de a efectua analiza. Cunoașterea procesului și a semnificației acestuia vă va ajuta să vă evaluați starea de sănătate și să fiți competent în probleme medicale.
Cum se ia sânge pentru biochimie?
Procedura nu durează mult și este practic nedureroasă. De la o persoană în poziție șezând (uneori se oferă să se întindă pe o canapea), medicul o ia aplicând mai întâi un garou. Locul de injectare trebuie tratat cu un antiseptic. Proba prelevată este plasată într-un tub steril și trimisă pentru analiză la laborator.
Controlul asupra calității cercetării biochimice se realizează în mai multe etape:
Preanalitice (pregătirea pacientului, efectuarea analizelor, transportul la laborator);
Analitice (prelucrarea și depozitarea biomaterialului, dozarea, reacția, analiza rezultatului);
Postanalitice (completarea formularului cu rezultatul, analize de laborator și clinice, trimitere la medic).
Calitatea rezultatului biochimiei depinde de adecvarea metodei de cercetare alese, de competența tehnicienilor de laborator, de acuratețea măsurătorilor, de echipamentul tehnic, de puritatea reactivilor și de respectarea dietei.
Biochimie pentru păr
Ce este biochimia părului? Bio-curlingul este o metodă de ondulare pe termen lung. Diferența dintre perm convențional și bio-undă este fundamentală. În acest din urmă caz, nu se utilizează peroxid de hidrogen, amoniac, acid tioglicolic. Rolul substanței active este jucat de un analog al cistinei (proteina biologică). De aici vine denumirea metodei de coafare a părului.
Avantajele neîndoielnice sunt:
Efect de economisire asupra structurii părului;
Linia încețoșată dintre părul recreștet și cel biounde;
Procedura poate fi repetată fără a aștepta dispariția finală a efectului său.
Dar înainte de a merge la maestru, trebuie luate în considerare următoarele nuanțe:
Tehnologia biowaving este relativ complexă și trebuie să fii scrupulos în alegerea unui maestru;
Efectul este de scurtă durată, aproximativ 1-4 luni (mai ales pe părul care nu a fost permanent, vopsit, are o structură densă);
Biowave nu este ieftin (în medie, 1500-3500 de ruble).
Metode de biochimie
Ce este biochimia și ce metode sunt folosite pentru cercetare? Alegerea lor depinde de scopul lui și de sarcinile stabilite de medic. Acestea sunt concepute pentru a studia structura biochimică a celulei, pentru a examina proba pentru posibile abateri de la normă și, astfel, ajută la diagnosticarea bolii, pentru a afla dinamica recuperării etc.
Biochimia este una dintre cele mai eficiente analize pentru clarificarea, diagnosticarea, monitorizarea tratamentului și determinarea unui regim de terapie de succes.
BIOCHIMIE. Curs numărul 1. Biochimia ca știință. Structura și funcția substanțelor de bază din organism. Subiect și metode de cercetare în biochimie. Trecerea în revistă a principalelor clase de substanțe organice, rolul lor în homeostazie.
Biochimia (din grecescul βίος – „viață” și egipteană kēme – „Pământ”, de asemenea chimie biologică sau fiziologică) este știința compoziției chimice a organismelor și a părților lor constitutive și a proceselor chimice care au loc în organisme. Știința se ocupă de structura și funcția substanțelor care sunt componente ale celulelor și care alcătuiesc organismul, cum ar fi proteinele, carbohidrații, lipidele, acizii nucleici și alte biomolecule. Biochimia încearcă să răspundă la întrebările biologice și biochimice folosind metode chimice.
Biochimia este o știință relativ tânără care a apărut la joncțiunea dintre biologie și chimie la sfârșitul secolului al XIX-lea. Ea studiază procesele de dezvoltare și funcționare a organismelor în limbajul moleculelor, structura și procesele chimice care oferă viață creaturilor unice și multicelulare care locuiesc pe Pământ. Descoperiri remarcabile în domeniul enzimelor, geneticii biochimice, biologiei moleculare și bioenergeticii au transformat biochimia într-o disciplină fundamentală care permite rezolvarea multor probleme importante de biologie și medicină.
Deși există o mare varietate de biomolecule diferite, multe dintre ele sunt polimeri, de exemplu. molecule mari complexe, formate din multe subunități similare, monomeri. Fiecare clasă de biomolecule polimerice are propriul său set de tipuri de aceste subunități. De exemplu, proteinele sunt polimeri formați din aminoacizi. Biochimia studiază proprietățile chimice ale moleculelor biologice importante, cum ar fi proteinele, în special chimia reacțiilor catalizate de enzime.
În plus, majoritatea cercetărilor de biochimie se ocupă de metabolismul celular și de reglarea sa endocrină și paracrină. Alte domenii ale biochimiei includ studiul codului genetic al ADN-ului și ARN-ului, biosinteza proteinelor, transportul prin membranele biologice și semnalizarea.
Bazele biochimiei au fost puse la mijlocul secolului al XIX-lea, când oameni de știință precum Friedrich Vjoler și Anselm Paen au putut să descrie pentru prima dată procesele chimice din organismele vii și să arate că acestea nu diferă de procesele chimice obișnuite. Multe lucrări de la începutul secolului al XX-lea au condus la înțelegerea structurii proteinelor, a devenit posibilă desfășurarea reacțiilor biochimice (fermentația alcoolică) în afara celulei etc. În același timp, termenul „biochimie” în sine a început să se desfășoare. fi folosit. Bazele biochimiei în Ucraina au fost puse de Vladimir Ivanovici Vernadsky în anii 1920.
Istorie
La începutul secolului al XIX-lea, exista o credință generală că viața nu era supusă legilor fizice și chimice inerente naturii neînsuflețite. Se credea că numai organismele vii sunt capabile să producă molecule caracteristice lor. Abia în 1828, Friedrich Wöhler a publicat o lucrare despre sinteza ureei, realizată în condiții de laborator, care demonstrează că compușii organici pot fi creați artificial. Această descoperire a adus o înfrângere gravă savanților vitaliști care au negat o astfel de posibilitate.
Până în acel moment, exista deja material factual pentru generalizări biochimice primare, care a fost acumulat în legătură cu activitățile practice ale oamenilor care vizează producerea de alimente și vin, obținerea de fire din plante, curățarea pielii de lână cu ajutorul microbilor și studierea compoziției și proprietăţile urinei şi ale altor secreţii.o persoană sănătoasă şi bolnavă. După lucrările lui Veler, au început treptat să se stabilească concepte științifice precum respirația, fermentația, fermentația, fotosinteza. Studiul compoziției chimice și proprietăților compușilor izolați de la animale și plante devine subiect de chimie organică (chimia compușilor organici).
Nașterea biochimiei a fost marcată și de descoperirea primei enzime, diastaza (cunoscută acum ca amilază) în 1833 de către Anselm Paen. Dificultățile asociate cu obținerea enzimelor din țesuturi și celule au fost folosite de susținătorii vitalismului pentru a afirma că este imposibil să se studieze enzimele celulare în afara ființelor vii. Această afirmație a fost infirmată de medicul rus M. Manasseina (1871 - 1872), care a sugerat posibilitatea observării fermentației alcoolice în extractele de drojdie zdrobită (adică, lipsită de integritate structurală). În 1896, această posibilitate a fost confirmată de omul de știință german Eduard Buchner, care a reușit să recreeze experimental acest proces.
Termenul „biochimie” în sine a fost propus pentru prima dată în 1882, cu toate acestea, se crede că a dobândit o utilizare pe scară largă după lucrările chimistului german Karl Neuberg în 1903. Până atunci, acest domeniu de cercetare era cunoscut sub numele de chimie fiziologică. După această perioadă, biochimia s-a dezvoltat rapid, mai ales de la mijlocul secolului al XX-lea, în primul rând datorită dezvoltării de noi metode precum cromatografia, analiza structurală cu raze X, spectroscopia RMN, utilizarea etichetelor radioizotopilor, microscopia electronică și optică și, în sfârșit, dinamica moleculară și alte metode de biologie computațională. Aceste metode au permis descoperirea și analiza detaliată a multor molecule și căi metabolice ale celulei, cum ar fi glicoliza și ciclul Krebs.
Un alt eveniment istoric important în dezvoltarea biochimiei a fost descoperirea genelor și rolul acestora în transmiterea informațiilor în celulă. Această descoperire a pus bazele apariției nu numai a geneticii, ci și a ramurii sale interdisciplinare la joncțiunea cu biochimia - biologia moleculară. În anii 1950, James Watson, Frances Crick, Rosalind Franklin și Maurice Wilkins au reușit să descifreze structura ADN-ului și au sugerat legătura acestuia cu transmiterea genetică a informațiilor în celulă. Tot în anii 1950, George Otley și Edward Tatum au demonstrat că o genă este responsabilă pentru sinteza unei proteine. Odată cu dezvoltarea metodelor de analiză a ADN-ului, cum ar fi amprentarea genetică, în 1988 Colin Pitchfork a devenit prima persoană acuzată de crimă folosind dovezi ADN, primul succes biochimic criminalistic important. În anii 200, Andrew Fire și Craig Mello au arătat rolul interferenței ARN (ARNi) în suprimarea expresiei genelor.
Acum cercetarea biochimică se desfășoară în trei direcții, formulate de Michael Sugar. Biochimia plantelor studiază biochimia organismelor predominant autotrofe și studiază procese precum fotosinteza și altele. Biochimia generală include studiul atât al plantelor, cât și al animalelor și al oamenilor, în timp ce biochimia medicală se concentrează în primul rând pe biochimia umană și pe abaterile proceselor biochimice de la normă, în special ca urmare a bolilor.
Biochimia este o știință care studiază diverse molecule, reacții chimice și procese din celulele și organismele vii. O cunoaștere aprofundată a biochimiei este absolut necesară pentru dezvoltarea cu succes a două domenii principale ale științelor biomedicale: 1) rezolvarea problemelor menținerii sănătății umane; 2) elucidarea cauzelor diferitelor boli și găsirea modalităților de a le trata eficient.
BIOCHIMIE ȘI SĂNĂTATE
Organizația Mondială a Sănătății (OMS) definește sănătatea ca fiind o stare de „bunăstare completă fizică, spirituală și socială, care nu se limitează la simpla absență a bolii și afecțiunii”. Din punct de vedere strict biochimic, un organism poate fi considerat sănătos dacă multe mii de reacții care au loc în interiorul celulelor și în mediul extracelular se desfășoară în astfel de condiții și la astfel de viteze care asigură viabilitatea maximă a organismului și mențin o normalitate fiziologic (non -patologic) stare.
BIOCHIMIE, NUTRIȚIE, PREVENȚIE ȘI TRATAMENT
Una dintre principalele premise pentru a rămâne sănătos este o dietă optimă care conține o varietate de substanțe chimice; principalele sunt vitaminele, unii aminoacizi, unii acizi grași, diverse minerale și apa. Toate aceste substanțe sunt de un fel sau altul de interes atât pentru biochimie, cât și pentru știința nutriției raționale. În consecință, există o legătură strânsă între aceste două științe. În plus, se poate presupune că, pe fondul eforturilor de limitare a creșterii prețurilor la serviciile medicale, se va acorda o atenție sporită menținerii sănătății și prevenirii bolilor, i.e. Medicina preventiva. Așadar, de exemplu, pentru a preveni ateroscleroza și cancerul în timp, este probabil să se acorde din ce în ce mai multă importanță unei alimentații echilibrate. În același timp, conceptul de dietă echilibrată ar trebui să se bazeze pe cunoștințele de biochimie.
BIOCHIMIE ȘI BOLI
Toate bolile sunt o manifestare a unor modificări ale proprietăților moleculelor și perturbări în cursul reacțiilor și proceselor chimice. Principalii factori care conduc la dezvoltarea bolilor la animale și la oameni sunt prezentați în tabel. 1.1. Toate afectează una sau mai multe reacții chimice cheie sau structura și proprietățile moleculelor importante din punct de vedere funcțional.
Contribuția cercetării biochimice la diagnosticarea și tratamentul bolilor este următoarea.
Tabelul 1.1. Principalii factori care conduc la dezvoltarea bolilor. Toate au un impact asupra diferitelor procese biochimice din celulă sau din întregul corp.
1. Factori fizici: vătămare mecanică, temperatură extremă, modificări bruște ale presiunii atmosferice, radiații, șoc electric
2. Agenți chimici și medicamente: unii compuși toxici, medicamente terapeutice etc.
4. Inaniție de oxigen: pierderea sângelui, afectarea funcției de transport a oxigenului, otrăvirea enzimelor oxidative
5. Factori genetici: congenitali, moleculari
6. Reacții imunologice: anafilaxie, boli autoimune
7. Dezechilibru nutrițional: malnutriție, supranutriție
Datorită acestor studii, puteți 1) identifica cauza bolii; 2) propune o modalitate rațională și eficientă de tratament; 3) să elaboreze metode de screening în masă a populației în scopul diagnosticării precoce; 4) monitorizează evoluția bolii; 5) monitorizează eficacitatea tratamentului. Anexa descrie cele mai importante teste biochimice utilizate pentru diagnosticarea diferitelor boli. Va fi util să faceți referire la acest apendice ori de câte ori este vorba de diagnosticarea biochimică a diferitelor boli (de exemplu, infarct miocardic, pancreatită acută etc.).
Potențialul biochimiei în prevenirea și tratamentul bolilor este ilustrat pe scurt cu trei exemple; ne vom uita la câteva exemple mai târziu în capitol.
1. Este bine cunoscut faptul că, pentru a-și menține sănătatea, o persoană trebuie să primească anumiți compuși organici complecși - vitamine. În organism, vitaminele sunt transformate în molecule mai complexe (coenzime), care joacă un rol cheie în multe reacții din celule. Lipsa oricăreia dintre vitaminele din dietă poate duce la dezvoltarea diferitelor boli, de exemplu, scorbut cu lipsă de vitamina C sau rahitism cu lipsă de vitamina D. Elucidarea rolului cheie al vitaminelor sau al derivaților lor biologic activi a devenit una dintre principalele sarcini pe care biochimiștii și nutriționiștii le-au rezolvat încă de la început.în acest secol.
2. O afecțiune cunoscută sub numele de fenilcetonurie (PKU), dacă este lăsată netratată, poate duce la retard mintal sever. Natura biochimică a PKU este cunoscută de aproximativ 30 de ani: boala este cauzată de lipsa sau absența completă a activității unei enzime care catalizează conversia aminoacidului fenilalanina într-un alt aminoacid, tirozină. Activitatea insuficientă a acestei enzime duce la acumularea în țesuturi a unui exces de fenilalanină și a unor metaboliți ai săi, în special cetone, ceea ce afectează negativ dezvoltarea sistemului nervos central. După ce au fost clarificate fundamentele biochimice ale PKU, a fost găsită o metodă rațională de tratament: copiilor bolnavi li se prescrie o dietă cu un conținut scăzut de fenilalanină. Examinarea în masă a nou-născuților pentru PKU permite, dacă este necesar, începerea imediată a tratamentului.
3. Fibroza chistică este o boală moștenită a glandelor exocrine și în special a glandelor sudoripare. Cauza bolii este necunoscută. Fibroza chistică este una dintre cele mai frecvente boli genetice din America de Nord. Se caracterizează prin secreții anormal de vâscoase care blochează canalele secretoare ale pancreasului și bronhiolelor. Cei care suferă de această boală mor cel mai adesea la o vârstă fragedă din cauza unei infecții pulmonare. Deoarece baza moleculară a bolii este necunoscută, este posibil doar tratamentul simptomatic. Cu toate acestea, se poate spera că în viitorul apropiat, folosind tehnologia ADN-ului recombinant, va fi posibilă elucidarea naturii moleculare a bolii, ceea ce va face posibilă găsirea unei metode de tratament mai eficiente.
DEFINIȚIA FORMALA A BIOCHIMIEI
Biochimia, după cum sugerează și numele (din grecescul bios-life), este chimia vieții sau, mai strict, știința fundamentelor chimice ale proceselor vieții.
Unitatea structurală a sistemelor vii este o celulă, prin urmare se poate da o altă definiție: biochimia ca știință studiază componentele chimice ale celulelor vii, precum și reacțiile și procesele în care sunt implicate. Conform acestei definiții, biochimia cuprinde domenii largi ale biologiei celulare și toată biologia moleculară.
PROBLEME DE BIOCHIMIE
Sarcina principală a biochimiei este de a realiza o înțelegere completă la nivel molecular a naturii tuturor proceselor chimice asociate cu activitatea vitală a celulelor.
Pentru a rezolva această problemă, este necesară izolarea din celule a numeroșilor compuși care se află acolo, determinarea structurii acestora și stabilirea funcțiilor acestora. Ca exemplu, putem indica numeroase studii care vizează elucidarea bazei moleculare a contracției musculare și a unui număr de procese similare. Ca rezultat, mulți compuși de diferite grade de complexitate au fost izolați în formă purificată și au fost efectuate studii structurale și funcționale detaliate. Ca rezultat, a fost posibilă elucidarea unui număr de aspecte ale bazei moleculare a contracției musculare.
O altă sarcină a biochimiei este de a clarifica problema originii vieții. Înțelegerea noastră a acestui proces interesant este departe de a fi exhaustivă.
DOMENIILE DE CERCETARE
Domeniul biochimiei este la fel de larg ca viața însăși. Oriunde există viață, au loc diferite procese chimice. Biochimia se ocupă cu studiul reacțiilor chimice la microorganisme, plante, insecte, pești, păsări, mamifere inferioare și superioare, și în special în corpul uman. Pentru studenții care studiază științe biomedicale, de interes deosebit sunt
ultimele două secțiuni. Cu toate acestea, ar fi miop să nu avem nicio idee despre caracteristicile biochimice ale altor forme de viață: adesea aceste caracteristici sunt esențiale pentru înțelegerea diferitelor tipuri de situații care sunt direct legate de oameni.
BIOCHIMIE ȘI MEDICINĂ
Există o relație largă în două sensuri între biochimie și medicină. Datorită cercetării biochimice, s-a putut răspunde la multe întrebări legate de dezvoltarea bolilor, iar studiul cauzelor și cursului dezvoltării unor boli a condus la crearea de noi domenii de biochimie.
Studii biochimice care vizează identificarea cauzelor bolilor
Pe lângă cele de mai sus, vom oferi încă patru exemple pentru a ilustra lărgimea gamei de aplicații posibile ale biochimiei. 1. Analiza mecanismului de acțiune a toxinei produse de agentul cauzal al holerei a permis clarificarea unor puncte importante privind simptomele clinice ale bolii (diaree, deshidratare). 2. La multe plante africane, conținutul unuia sau mai multor aminoacizi esențiali este foarte scăzut. Dezvăluirea acestui fapt a făcut posibil să înțelegem de ce acei oameni pentru care aceste plante sunt principala sursă de proteine suferă de deficit de proteine. 3. S-a constatat că țânțarii – purtători de agenți patogeni ai malariei – pot dezvolta sisteme biochimice care îi fac imuni la insecticide; acest lucru este important de luat în considerare atunci când se proiectează răspunsuri anti-malarie. 4. Eschimosii groenlandezi consumă cantități mari de ulei de pește, bogat în niște acizi grași polinesaturați; în același timp, se știe că acestea se caracterizează printr-un nivel scăzut de colesterol în sânge și, prin urmare, ateroscleroza se dezvoltă mult mai rar. Aceste observații au sugerat posibilitatea utilizării acizilor grași polinesaturați pentru a scădea colesterolul plasmatic.
Studiul bolilor promovează dezvoltarea biochimiei
Observații ale medicului englez Sir Archibald Garrod la începutul anilor 1900. pentru un grup mic de pacienți care suferă de tulburări metabolice congenitale, au stimulat studiul căilor biochimice, a căror încălcare are loc în astfel de condiții. Eforturile de a înțelege natura unei tulburări genetice numită hipercolesterolemie familială, care duce la dezvoltarea aterosclerozei severe la o vârstă fragedă, au contribuit la acumularea rapidă de cunoștințe despre receptorii celulari și mecanismele de absorbție a colesterolului de către celule. Studiul intensiv al oncogenelor din celulele canceroase a atras atenția asupra mecanismelor moleculare de control al creșterii celulare.
Studiul organismelor inferioare și al virusurilor
Informații valoroase, care s-au dovedit a fi foarte utile pentru efectuarea cercetărilor biochimice în clinică, au fost obținute din studiul unor organisme și virusuri inferioare. De exemplu, teoriile moderne privind reglarea activității genelor și enzimelor s-au format pe baza cercetărilor de pionierat efectuate asupra mucegaiurilor și bacteriilor. Tehnologia ADN-ului recombinant provine din cercetările efectuate asupra bacteriilor și virușilor bacterieni. Principalul avantaj al bacteriilor și virușilor ca obiecte de cercetare biochimică este rata mare de reproducere a acestora; acest lucru facilitează foarte mult analiza genetică și manipularea genetică. Informațiile obținute în studiul genelor virale responsabile de dezvoltarea unor forme de cancer la animale (oncogene virale) au făcut posibilă înțelegerea mai bună a mecanismului de transformare a celulelor umane normale în celule canceroase.
BIOCHIMIE ȘI ALTE ȘTIINȚE BIOLOGICE
Biochimia acizilor nucleici se află la baza geneticii; la rândul său, utilizarea abordărilor genetice s-a dovedit a fi fructuoasă pentru multe domenii ale biochimiei. Fiziologia, știința funcționării organismului, se suprapune foarte puternic cu biochimia. Un număr mare de metode biochimice sunt utilizate în imunologie și, la rândul lor, multe abordări imunologice sunt utilizate pe scară largă de către biochimiști. Farmacologia și farmacia se bazează pe biochimie și fiziologie; metabolismul majorității medicamentelor se realizează ca urmare a unor reacții enzimatice adecvate. Otrăvurile afectează reacțiile sau procesele biochimice; aceste întrebări fac obiectul toxicologiei. După cum am spus deja, în centrul diferitelor tipuri de patologie se află o încălcare a unui număr de procese chimice. Acest lucru duce la utilizarea din ce în ce mai mare a abordărilor biochimice pentru a studia diferite tipuri de patologie (de exemplu, inflamația, deteriorarea celulelor și cancerul). Mulți dintre cei care sunt angajați în zoologie și botanică folosesc pe scară largă abordări biochimice în munca lor. Aceste relații nu sunt surprinzătoare, deoarece, după cum știm, viața în toate manifestările ei depinde de o varietate de reacții și procese biochimice. Barierele preexistente dintre științele biologice sunt practic distruse, iar biochimia devine din ce în ce mai mult limbajul lor comun.
