Život a neživý? Chémia a biochémia? Kde je medzi nimi hranica? A je tam? Kde je spojenie? Príroda má dlho kľúč k vyriešeniu týchto problémov. A až v XX storočí bolo možné trochu odhaliť tajomstvá života a mnohé z hlavných otázok sa vyjasnili, keď vedci začali výskum na molekulárnej úrovni. Poznávanie fyzikálnych a chemických základov životných procesov sa stalo jednou z hlavných úloh prírodných vied a práve v tomto smere sa dosiahli azda najzaujímavejšie výsledky, ktoré majú zásadný teoretický význam a sľubujú obrovský výstup v r. prax.
Chémia sa už oddávna podrobne zaoberá prírodnými látkami, ktoré sa podieľajú na životných procesoch.
Počas posledných dvoch storočí bola chémia predurčená na to, aby zohrávala významnú úlohu v poznaní živej prírody. V prvej fáze bola chemická štúdia deskriptívna a vedci izolovali a charakterizovali rôzne prírodné látky, odpadové produkty mikroorganizmov, rastlín a živočíchov, ktoré mali často cenné vlastnosti (lieky, farbivá atď.). Je to však len relatívne nedávno, čo túto tradičnú chémiu prírodných zlúčenín nahradila moderná biochémia, ktorej cieľom je nielen popísať, ale aj vysvetliť, a to nielen to najjednoduchšie, ale aj najzložitejšie v živých organizmoch.
Anorganická biochémia
Anorganická biochémia ako veda sa formovala v polovici 20. storočia, keď na scénu vtrhli nové oblasti biológie, oplodnené výdobytkami iných vied a keď do prírodných vied prišli špecialisti nového zmýšľania, spojení túžbou a túžba presnejšie opísať živý svet. A nie je náhoda, že pod jednou strechou staromódnej budovy na Akademičskom proezde, 18, boli dva novoorganizované ústavy reprezentujúce v tom čase najnovšie oblasti chemickej a biologickej vedy - Ústav chémie prírodných látok a Ústav chémie prírodných látok. Ústav radiačnej a fyzikálno-chemickej biológie. Tieto dva ústavy boli predurčené začať u nás boj o poznanie mechanizmov biologických procesov a podrobné objasnenie štruktúr fyziologicky aktívnych látok.
V tomto období sa vyjasnila jedinečná štruktúra hlavného objektu molekulárnej biológie - deoxyribonukleovej kyseliny (DNA), známej "dvojitej špirály". (Je to dlhá molekula, na ktorej je, podobne ako na páske alebo matrici, zaznamenaný úplný „text“ všetkých informácií o tele.) Objavila sa štruktúra prvého proteínu, hormónu inzulínu, a chemická syntéza hormónu oxytocínu bola úspešne vykonaná.
A čo je to vlastne biochémia, čo robí?
Táto veda študuje biologicky dôležité prírodné a umelé (syntetické) štruktúry, chemické zlúčeniny – tak biopolyméry, ako aj látky s nízkou molekulovou hmotnosťou. Presnejšie, zákony upravujúce vzťah medzi ich špecifickou chemickou štruktúrou a zodpovedajúcou fyziologickou funkciou. Bioorganická chémia sa zaujíma o subtílnu štruktúru molekuly biologicky významnej látky, jej vnútorné súvislosti, dynamiku a špecifický mechanizmus jej zmeny, úlohu každého jej článku pri výkone funkcie.
Biochémia je kľúčom k pochopeniu proteínov
Bioorganická chémia nepochybne urobila veľký pokrok v štúdiu proteínových látok. Ešte v roku 1973 bolo dokončené objasnenie kompletnej primárnej štruktúry enzýmu aspartátaminotransferázy pozostávajúcej zo 412 aminokyselinových zvyškov. Je to jeden z najdôležitejších biokatalyzátorov živého organizmu a jeden z najväčších proteínov s dešifrovanou štruktúrou. Neskôr bola stanovená štruktúra ďalších dôležitých bielkovín – niekoľkých neurotoxínov z jedu kobry stredoázijskej, ktoré sa využívajú pri štúdiu mechanizmu prenosu nervového vzruchu ako špecifické blokátory, ďalej rastlinný hemoglobín z uzlín lupiny žltej a antileukemický proteín aktinoxantín.
O rodopsíny je veľký záujem. Už dlho je známe, že rodopsín je hlavným proteínom zapojeným do procesov vizuálneho príjmu u zvierat a je izolovaný zo špeciálnych systémov oka. Tento jedinečný proteín prijíma svetelné signály a poskytuje nám schopnosť vidieť. Zistilo sa, že proteín podobný rodopsínu sa nachádza v niektorých mikroorganizmoch, ale má veľmi odlišnú funkciu (keďže baktérie „nevidia“). Tu je energetickým strojom syntetizujúcim energeticky bohaté látky na úkor svetla. Oba proteíny sú štruktúrou veľmi podobné, ale ich účel je zásadne odlišný.
Jedným z najdôležitejších predmetov štúdia bol enzým podieľajúci sa na implementácii genetickej informácie. Pohybujúc sa po matrici DNA sa zdá, že číta dedičnú informáciu v nej zaznamenanú a na tomto základe syntetizuje informačnú ribonukleovú kyselinu. Ten zase slúži ako matrica pre syntézu proteínov. Tento enzým je obrovský proteín, jeho molekulová hmotnosť sa blíži k pol miliónu (pamätajte: vo vode je to len 18) a pozostáva z niekoľkých rôznych podjednotiek. Objasnenie jeho štruktúry malo pomôcť zodpovedať najdôležitejšiu otázku biológie: aký je mechanizmus „odstraňovania“ genetickej informácie, ako prebieha dekódovanie textu zapísaného v DNA – hlavnej podstaty dedičnosti.
Peptidy
Vedcov lákajú nielen bielkoviny, ale aj kratšie reťazce aminokyselín nazývané peptidy. Sú medzi nimi stovky látok obrovského fyziologického významu. Vazopresín a angiotenzín sa podieľajú na regulácii krvného tlaku, gastrín riadi sekréciu žalúdočnej šťavy, gramicidín C a polymyxín sú antibiotiká, medzi ktoré patria aj pamäťové látky tzv. V krátkom reťazci je obrovské množstvo biologických informácií zapísaných niekoľkými „písmenami“ aminokyselín!
Dnes sme schopní umelo získať nielen akýkoľvek komplexný peptid, ale aj jednoduchý proteín, napríklad inzulín. Význam takýchto prác možno len ťažko preceňovať.
Bola vytvorená metóda pre komplexnú analýzu priestorovej štruktúry peptidov pomocou rôznych fyzikálnych a výpočtových metód. Ale komplexná objemová architektúra peptidu určuje všetky špecifiká jeho biologickej aktivity. Priestorová štruktúra akejkoľvek biologicky aktívnej látky alebo, ako sa hovorí, jej konformácia je kľúčom k pochopeniu mechanizmu jej účinku.
Medzi predstaviteľmi novej triedy peptidových systémov – depsipeltidov – objavil tím vedcov látky úžasnej povahy, schopné selektívne prenášať ióny kovov cez biologické membrány, takzvané ionofóry. A hlavným z nich je valinomycín.
Objav ionofórov predstavoval celú éru v membranológii, pretože umožnil cielene zmeniť transport iónov alkalických kovov – draslíka a sodíka – cez biomembrány. Transport týchto iónov je spojený s procesmi nervovej excitácie a procesmi dýchania a procesmi prijímania - vnímania signálov z vonkajšieho prostredia. Na príklade valinomycínu bolo možné ukázať, ako sú biologické systémy schopné vybrať len jeden ión z desiatok iných, naviazať ho do pohodlne transportovateľného komplexu a preniesť ho cez membránu. Táto úžasná vlastnosť valinomycínu spočíva v jeho priestorovej štruktúre, ktorá pripomína prelamovaný náramok.
Ďalším typom ionofóru je antibiotikum gramicidín A. Ide o lineárny reťazec zložený z 15 aminokyselín, v priestore tvorí špirálu dvoch molekúl, a ako sa zistilo, ide o skutočnú dvojitú špirálu. Prvá dvojitá špirála v proteínových systémoch! Špirálová štruktúra uložená v membráne vytvára akýsi pór, kanálik, cez ktorý cez membránu prechádzajú ióny alkalických kovov. Najjednoduchší model iónového kanála. Je pochopiteľné, prečo gramicidín spôsobil takú búrku v membranológii. Vedci už získali mnoho syntetických analógov gramicidínu, ktorý bol podrobne študovaný na umelých a biologických membránach. Koľko šarmu a významu je v takej zdanlivo malej molekule!
S pomocou valinomycínu a gramicidínu boli vedci vtiahnutí do štúdia biologických membrán.
Biologické membrány
Ale zloženie membrán vždy obsahuje ešte jednu hlavnú zložku, ktorá určuje ich povahu. Sú to látky podobné tukom alebo lipidy. Molekuly lipidov majú malú veľkosť, ale tvoria silné obrie zoskupenia, ktoré tvoria súvislú membránovú vrstvu. V tejto vrstve sú zapustené molekuly bielkovín – a tu je jeden z modelov biologickej membrány.
Prečo sú biomembrány dôležité? Vo všeobecnosti sú membrány najdôležitejšími regulačnými systémami živého organizmu. Teraz v podobe biomembrán vznikajú dôležité technické prostriedky - mikroelektródy, senzory, filtre, palivové články... A ďalšie vyhliadky na využitie membránových princípov v technike sú skutočne nekonečné.
Ďalšie záujmy biochémie
Výskum v oblasti chémie nukleových kyselín zaujíma popredné miesto. Sú zamerané na dešifrovanie mechanizmu chemickej mutagenézy, ako aj na pochopenie podstaty väzby medzi nukleovými kyselinami a proteínmi.
Osobitná pozornosť sa už dlho sústreďuje na umelú génovú syntézu. Gén, alebo zjednodušene povedané, funkčne významná časť DNA, sa dnes už dá získať chemickou syntézou. Toto je jedna z najdôležitejších oblastí dnes módneho „genetického inžinierstva“. Práce na rozhraní bioorganickej chémie a molekulárnej biológie si vyžadujú zvládnutie najzložitejších techník, priateľskú spoluprácu medzi chemikmi a biológmi.
Ďalšou triedou biopolymérov sú sacharidy alebo polysacharidy. Poznáme typických predstaviteľov tejto skupiny látok – celulózu, škrob, glykogén, repný cukor. V živom organizme však sacharidy vykonávajú širokú škálu funkcií. Ide o ochranu bunky pred nepriateľmi (imunita), je to najdôležitejšia zložka bunkových stien, zložka receptorových systémov.
Nakoniec antibiotiká. V laboratóriách bola objasnená štruktúra takých dôležitých skupín antibiotík ako streptotricín, olivomycín, albofungín, abikovchromycín, kyselina aureolová, ktoré majú protinádorovú, antivírusovú a antibakteriálnu aktivitu.
Nie je možné povedať o všetkých výskumoch a úspechoch bioorganickej chémie. Môžeme len s istotou povedať, že bioorganika má viac plánov, ako sa urobilo.
Biochémia úzko spolupracuje s molekulárnou biológiou, biofyzikou, ktorí študujú život na molekulárnej úrovni. Stala sa chemickým základom tohto výskumu. K ďalšiemu pokroku biológie prispieva tvorba a široké používanie jej nových metód, nových vedeckých konceptov. To druhé zase stimuluje rozvoj chemických vied.
Čo je biochémia? Biologická alebo fyziologická biochémia je veda o chemických procesoch, ktoré sú základom života tela a tých, ktoré sa vyskytujú vo vnútri bunky. Účelom biochémie (výraz pochádza z gréckeho slova "bios" - "život") ako vedy je štúdium chemických látok, štruktúry a metabolizmu buniek, povahy a spôsobov jej regulácie, mechanizmu zásobovania energiou. procesy v bunkách.
Lekárska biochémia: podstata a ciele vedy
Lekárska biochémia je časť, ktorá študuje chemické zloženie buniek ľudského tela, metabolizmus v ňom (vrátane patologických stavov). Koniec koncov, každá choroba, dokonca aj v asymptomatickom období, nevyhnutne zanechá stopy na chemických procesoch v bunkách, vlastnostiach molekúl, čo sa odrazí vo výsledkoch biochemickej analýzy. Bez znalosti biochémie nie je možné nájsť príčinu rozvoja ochorenia a spôsob jeho účinnej liečby.
Biochemický krvný test
Čo je krvný biochemický test? Biochemický krvný test je jednou z metód laboratórnej diagnostiky v mnohých oblastiach medicíny (napríklad endokrinológia, terapia, gynekológia).
Pomáha presne diagnostikovať ochorenie a vyšetriť vzorku krvi podľa nasledujúcich parametrov:
alanínaminotransferáza (ALT, ALT);
Cholesterol alebo cholesterol;
bilirubín;
močovina;
diastázu;
Glukóza, lipáza;
aspartátaminotransferáza (AST, AsAT);
gama glutamyltranspeptidáza (GGT), gama GT (glutamyltranspeptidáza);
Kreatinín, proteín;
Protilátky vírusu Epstein-Barrovej.
Pre zdravie každého človeka je dôležité vedieť, čo je biochémia krvi, a pochopiť, že jej ukazovatele poskytnú nielen všetky údaje pre účinný liečebný režim, ale pomôžu aj pri prevencii chorôb. Odchýlky od normálnych hodnôt sú prvým signálom, že v tele nie je niečo v poriadku.
krvné testy na pečeň: význam a účel
Okrem toho biochemická diagnostika umožní sledovať dynamiku ochorenia a výsledky liečby, vytvárať úplný obraz o metabolizme, nedostatku mikroelementov v práci orgánov. Napríklad biochémia pečene sa stane povinným testom pre ľudí s poruchou funkcie pečene. Čo je to? Toto je názov biochemického krvného testu na štúdium množstva a kvality pečeňových enzýmov. Ak je ich syntéza narušená, potom takýto stav ohrozuje vývoj chorôb, zápalových procesov.
Špecifickosť biochémie pečene
Biochémia pečene - čo to je? Ľudská pečeň pozostáva z vody, lipidov, glykogénu. Jeho tkanivá obsahujú minerály: meď, železo, nikel, mangán, preto je biochemická štúdia pečeňového tkaniva veľmi informatívna a pomerne účinná analýza. Najdôležitejšie enzýmy v pečeni sú glukokináza, hexokináza. Najcitlivejšie na biochemické testy sú také pečeňové enzýmy: alanínaminotransferáza (ALT), gama-glutamyltransferáza (GGT), aspartátaminotransferáza (AST).Štúdia sa spravidla riadi ukazovateľmi týchto látok.
Pre úplné a úspešné sledovanie svojho zdravia by mal každý vedieť, čo je to „biochemická analýza“.
Oblasti biochemického výskumu a význam správnej interpretácie výsledkov analýz
Čo študuje biochémia? V prvom rade metabolické procesy, chemické zloženie bunky, chemická podstata a funkcia enzýmov, vitamínov, kyselín. Hodnotiť krvný obraz pre tieto parametre je možné len vtedy, ak je rozbor správne dešifrovaný. Ak je všetko v poriadku, potom by sa krvný obraz pre rôzne parametre (hladina glukózy, bielkoviny, krvné enzýmy) nemal odchyľovať od normy. V opačnom prípade by sa to malo považovať za signál narušenia tela.
Dešifrovanie biochémie
Ako dešifrovať čísla vo výsledkoch analýzy? Nižšie sú uvedené hlavné ukazovatele.
Glukóza
Hladina glukózy ukazuje kvalitu procesu metabolizmu uhľohydrátov. Limitný obsah by nemal presiahnuť 5,5 mmol/l. Ak je hladina nižšia, môže to znamenať diabetes mellitus, endokrinné ochorenia, problémy s pečeňou. Zvýšená hladina glukózy môže byť dôsledkom diabetes mellitus, cvičenia, hormonálnych liekov.
Proteín
Cholesterol
Močovina
Toto je názov konečného produktu rozkladu bielkovín. U zdravého človeka by sa mal úplne vylúčiť z tela močom. Ak sa tak nestane a dostane sa do krvného obehu, potom je nevyhnutné skontrolovať fungovanie obličiek.
Hemoglobín
Je to proteín červených krviniek, ktorý nasýti bunky tela kyslíkom. Norma: pre mužov - 130-160 g / l, pre dievčatá - 120-150 g / l. Nízka hladina hemoglobínu v krvi sa považuje za jeden z indikátorov rozvoja anémie.
Biochemický krvný test na krvné enzýmy (ALAT, ASAT, CPK, amyláza)
Enzýmy sú zodpovedné za plné fungovanie pečene, srdca, obličiek a pankreasu. Bez ich potrebného množstva je plnohodnotná výmena aminokyselín jednoducho nemožná.
Hladina aspartátaminotransferázy (AST, AST - bunkový enzým srdca, obličiek, pečene) by nemala byť vyššia ako 41 a 31 jednotiek / l u mužov a žien. V opačnom prípade to môže naznačovať vývoj hepatitídy, srdcových ochorení.
Lipáza (enzým, ktorý štiepi tuky) hrá dôležitú úlohu v metabolizme a nemala by presiahnuť 190 U/L. Zvýšená hladina signalizuje poruchu funkcie pankreasu.
Je ťažké preceňovať dôležitosť biochemickej analýzy krvných enzýmov. Čo je biochémia a čo študuje, musí vedieť každý človek, ktorému záleží na svojom zdraví.
Amylase
Tento enzým sa nachádza v pankrease a slinách. Ten je zodpovedný za rozklad uhľohydrátov a ich vstrebávanie. Norma je 28-100 jednotiek / l. Jeho vysoký obsah v krvi môže naznačovať zlyhanie obličiek, cholecystitídu, diabetes mellitus, peritonitídu.
Výsledky biochemického krvného testu sa zaznamenávajú do špeciálneho formulára, kde sú uvedené hladiny látok. Často je táto analýza predpísaná ako dodatočná na objasnenie údajnej diagnózy. Pri dekódovaní výsledkov biochémie krvi nezabúdajte, že ich ovplyvňuje aj pohlavie, vek a životný štýl pacienta. Teraz viete, čo biochémia študuje a ako správne interpretovať jej výsledky.
Ako sa správne pripraviť na darovanie krvi na biochémiu?
Akútne ochorenia vnútorných orgánov;
Intoxikácia;
Nedostatok vitamínov;
Zápalové procesy;
Na prevenciu chorôb počas tehotenstva;
Na objasnenie diagnózy.
Krv na analýzu sa odoberá skoro ráno a pred návštevou lekára nemôžete jesť. V opačnom prípade budú výsledky analýzy skreslené. Biochemický výskum ukáže, aký správny je váš metabolizmus a soľ v tele. Okrem toho sa aspoň hodinu alebo dve pred odberom krvi zdržte pitia sladkého čaju, kávy, mlieka.
Pred vykonaním analýzy si nezabudnite odpovedať na otázku, čo je biochémia. Poznanie procesu a jeho významu vám pomôže posúdiť váš zdravotný stav a byť kompetentným v medicínskych záležitostiach.
Ako sa odoberá krv na biochémiu?
Procedúra netrvá dlho a je prakticky bezbolestná. Od osoby v sede (niekedy sa ponúkne, že si ľahne na pohovku), lekár to vezme tak, že najskôr priloží škrtidlo. Miesto vpichu musí byť ošetrené antiseptikom. Odobratá vzorka sa vloží do sterilnej skúmavky a odošle sa na analýzu do laboratória.
Kontrola kvality biochemického výskumu sa vykonáva v niekoľkých etapách:
Preanalytické (príprava pacienta, odber analýzy, transport do laboratória);
Analytické (spracovanie a skladovanie biomateriálu, dávkovanie, reakcia, analýza výsledku);
Postanalytické (vyplnenie formulára s výsledkom, laboratórna a klinická analýza, odoslanie lekárovi).
Kvalita výsledku biochémie závisí od vhodnosti zvolenej výskumnej metódy, spôsobilosti laboratórnych technikov, presnosti meraní, technického vybavenia, čistoty činidiel a dodržiavania diéty.
Biochémia pre vlasy
Čo je biochémia vlasov? Bio-curling je dlhodobá metóda curlingu. Rozdiel medzi bežnou trvalou a bio-vlnou je zásadný. V druhom prípade sa nepoužíva peroxid vodíka, amoniak, kyselina tioglykolová. Úlohu účinnej látky zohráva analóg cystínu (biologický proteín). Odtiaľ pochádza názov metódy vlasového stylingu.
Nepochybnými výhodami sú:
Šetriaci účinok na štruktúru vlasov;
Rozmazaná čiara medzi odrastenými vlasmi a vlasmi po biovlne;
Procedúru je možné opakovať bez čakania na definitívne vymiznutie jej účinku.
Pred odchodom k pánovi by sa však mali zvážiť tieto nuansy:
Technológia biologického vlnenia je pomerne zložitá a pri výbere majstra musíte byť dôslední;
Účinok je krátkodobý, asi 1-4 mesiace (hlavne na vlasoch, ktoré neboli permanentné, farbené, majú hustú štruktúru);
Biowave nie je lacná (v priemere 1500-3500 rubľov).
Biochemické metódy
Čo je biochémia a aké metódy sa používajú na výskum? Ich výber závisí od jeho cieľa a úloh stanovených lekárom. Sú určené na štúdium biochemickej štruktúry bunky, vyšetrenie vzorky na možné odchýlky od normy a tým pomáhajú diagnostikovať ochorenie, zisťovať dynamiku zotavovania atď.
Biochémia je jednou z najefektívnejších analýz na objasnenie, diagnostiku, monitorovanie liečby a určenie úspešného liečebného režimu.
BIOCHÉMIA. Prednáška číslo 1. Biochémia ako veda. Stavba a funkcia základných látok v organizme. Predmet a metódy výskumu v biochémii. Prehľad hlavných tried organických látok, ich úloha v homeostáze.
Biochémia (z gréckeho βίος – „život“ a egyptského kēme – „Zem“, tiež biologická alebo fyziologická chémia) je veda o chemickom zložení organizmov a ich súčastí a o chemických procesoch prebiehajúcich v organizmoch. Veda sa zaoberá štruktúrou a funkciou látok, ktoré sú zložkami buniek a ktoré tvoria telo, ako sú bielkoviny, sacharidy, lipidy, nukleové kyseliny a iné biomolekuly. Biochémia sa snaží odpovedať na biologické a biochemické otázky pomocou chemických metód.
Biochémia je relatívne mladá veda, ktorá vznikla na rozhraní biológie a chémie koncom 19. storočia. Študuje procesy vývoja a fungovania organizmov v reči molekúl, štruktúru a chemické procesy, ktoré poskytujú život jednobunkovým a mnohobunkovým tvorom obývajúcim Zem. Vynikajúce objavy v oblasti enzýmov, biochemickej genetiky, molekulárnej biológie a bioenergetiky urobili z biochémie základnú disciplínu, ktorá umožňuje riešiť mnohé dôležité problémy biológie a medicíny.
Hoci existuje široká škála rôznych biomolekúl, mnohé z nich sú polyméry, t.j. komplexné veľké molekuly, pozostávajúce z mnohých podobných podjednotiek, monomérov. Každá trieda polymérnych biomolekúl má svoj vlastný súbor typov týchto podjednotiek. Napríklad proteíny sú polyméry vyrobené z aminokyselín. Biochémia študuje chemické vlastnosti dôležitých biologických molekúl, ako sú proteíny, najmä chémiu reakcií katalyzovaných enzýmami.
Okrem toho sa väčšina biochemických výskumov zaoberá bunkovým metabolizmom a jeho endokrinnou a parakrinnou reguláciou. Medzi ďalšie oblasti biochémie patrí štúdium genetického kódu DNA a RNA, biosyntéza proteínov, transport cez biologické membrány a signalizácia.
Základy biochémie boli položené v polovici 19. storočia, keď vedci ako Friedrich Vjoler a Anselm Paen po prvý raz dokázali opísať chemické procesy v živých organizmoch a ukázali, že sa nelíšia od bežných chemických procesov. Mnohé práce na začiatku 20. storočia viedli k pochopeniu štruktúry bielkovín, umožnilo sa uskutočňovať biochemické reakcie (alkoholová fermentácia) mimo bunky a pod. byť použitý. Základy biochémie na Ukrajine položil Vladimír Ivanovič Vernadskij v 20. rokoch 20. storočia.
História
Začiatkom 19. storočia panovalo všeobecné presvedčenie, že život nepodlieha fyzikálnym a chemickým zákonom, ktoré sú vlastné neživej prírode. Verilo sa, že iba živé organizmy sú schopné produkovať molekuly, ktoré sú pre ne charakteristické. Až v roku 1828 Friedrich Wöhler publikoval prácu o syntéze močoviny uskutočnenej v laboratórnych podmienkach, ktorá dokázala, že organické zlúčeniny je možné vytvárať umelo. Tento objav spôsobil vážnu porážku vitalistickým učencom, ktorí takúto možnosť popierali.
V tom čase už existoval faktografický materiál pre primárne biochemické zovšeobecnenia, ktorý sa nahromadil v súvislosti s praktickou činnosťou ľudí zameranou na výrobu potravín a vína, získavanie priadze z rastlín, čistenie kože od vlny pomocou mikróbov, štúdium zloženia a vlastnosti moču a iných sekrétov.zdravý a chorý človek. Po Velerových prácach sa postupne začali etablovať také vedecké pojmy ako dýchanie, fermentácia, fermentácia, fotosyntéza. Štúdium chemického zloženia a vlastností zlúčenín izolovaných zo živočíchov a rastlín sa stáva predmetom organickej chémie (chémie organických zlúčenín).
Zrod biochémie bol tiež poznačený objavom prvého enzýmu, diastázy (dnes známej ako amyláza) v roku 1833 Anselmom Paenom. Ťažkosti spojené so získavaním enzýmov z tkanív a buniek využili priaznivci vitalizmu na tvrdenie, že je nemožné študovať bunkové enzýmy mimo živých bytostí. Toto tvrdenie vyvrátil ruský lekár M. Manasseina (1871 - 1872), ktorý navrhol možnosť pozorovania alkoholovej fermentácie v extraktoch rozdrvených (t. j. štrukturálnych celistvých) kvasiniek. V roku 1896 túto možnosť potvrdil nemecký vedec Eduard Buchner, ktorý dokázal tento proces experimentálne obnoviť.
Samotný termín „biochémia“ bol prvýkrát navrhnutý v roku 1882, predpokladá sa však, že sa rozšíril po prácach nemeckého chemika Karla Neuberga v roku 1903. V tom čase bola táto oblasť výskumu známa ako fyziologická chémia. Po tomto období sa biochémia rýchlo rozvíjala, najmä od polovice 20. storočia, predovšetkým vďaka vývoju nových metód, ako je chromatografia, röntgenová štrukturálna analýza, NMR spektroskopia, používanie rádioizotopových značiek, elektrónová a optická mikroskopia a napokon molekulová dynamika a iné metódy výpočtovej biológie. Tieto metódy umožnili objav a podrobnú analýzu mnohých molekúl a metabolických dráh bunky, ako je glykolýza a Krebsov cyklus.
Ďalšou významnou historickou udalosťou vo vývoji biochémie bolo objavenie génov a ich úlohy pri prenose informácií v bunke. Tento objav položil základ pre vznik nielen genetiky, ale aj jej interdisciplinárneho odvetvia na spojnici s biochémiou – molekulárnou biológiou. V 50. rokoch 20. storočia James Watson, Frances Crick, Rosalind Franklin a Maurice Wilkins dokázali rozlúštiť štruktúru DNA a navrhli jej spojenie s genetickým prenosom informácií v bunke. V 50. rokoch 20. storočia George Otley a Edward Tatum dokázali, že jeden gén je zodpovedný za syntézu jedného proteínu. S rozvojom metód analýzy DNA, ako je genetické odtlačky prstov, sa v roku 1988 Colin Pitchfork stal prvou osobou, ktorá bola obvinená z vraždy pomocou dôkazov DNA, čo bol prvý veľký biochemický forenzný úspech. V roku 2000 Andrew Fire a Craig Mello ukázali úlohu RNA interferencie (RNAi) pri potláčaní génovej expresie.
Teraz biochemický výskum prebieha tromi smermi, ktoré sformuloval Michael Sugar. Rastlinná biochémia študuje biochémiu prevažne autotrofných organizmov a študuje procesy ako fotosyntéza a iné. Všeobecná biochémia zahŕňa štúdium rastlín, živočíchov a človeka, zatiaľ čo lekárska biochémia sa zameriava predovšetkým na biochémiu človeka a odchýlky biochemických procesov od normy, najmä v dôsledku chorôb.
Biochémia je veda, ktorá študuje rôzne molekuly, chemické reakcie a procesy v živých bunkách a organizmoch. Dôkladná znalosť biochémie je absolútne nevyhnutná pre úspešný rozvoj dvoch hlavných oblastí biomedicínskych vied: 1) riešenie problémov zachovania zdravia človeka; 2) objasnenie príčin rôznych ochorení a hľadanie spôsobov, ako ich efektívne liečiť.
BIOCHÉMIA A ZDRAVIE
Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) definuje zdravie ako stav „úplnej fyzickej, duchovnej a sociálnej pohody, ktorá sa neobmedzuje len na jednoduchú absenciu choroby a neduhu“. Z prísne biochemického hľadiska možno organizmus považovať za zdravý, ak mnoho tisíc reakcií prebiehajúcich vo vnútri buniek a v extracelulárnom prostredí prebieha za takých podmienok a takou rýchlosťou, ktorá zaisťuje maximálnu životaschopnosť organizmu a udržiava fyziologicky normálny (ne -patologický) stav.
BIOCHÉMIA, VÝŽIVA, PREVENCIA A LIEČBA
Jedným z hlavných predpokladov pre udržanie zdravia je optimálna strava, ktorá obsahuje rôzne chemikálie; hlavné sú vitamíny, niektoré aminokyseliny, niektoré mastné kyseliny, rôzne minerály a voda. Všetky tieto látky sú tak či onak zaujímavé tak pre biochémiu, ako aj pre vedu o racionálnej výžive. V dôsledku toho existuje medzi týmito dvoma vedami úzke prepojenie. Okrem toho možno predpokladať, že na pozadí snáh o obmedzenie rastu cien za zdravotnícke výkony bude zvýšená pozornosť venovaná udržiavaniu zdravia a prevencii chorôb, t. preventívna medicína. Napríklad pri prevencii aterosklerózy a rakoviny v priebehu času je pravdepodobné, že čoraz väčší význam sa bude pripisovať vyváženej strave. Koncept vyváženej stravy by mal zároveň vychádzať z poznatkov biochémie.
BIOCHÉMIA A CHOROBY
Všetky choroby sú prejavom niektorých zmien vlastností molekúl a porúch priebehu chemických reakcií a procesov. Hlavné faktory vedúce k rozvoju chorôb zvierat a ľudí sú uvedené v tabuľke. 1.1. Všetky ovplyvňujú jednu alebo viac kľúčových chemických reakcií alebo štruktúru a vlastnosti funkčne dôležitých molekúl.
Príspevok biochemického výskumu k diagnostike a liečbe chorôb je nasledovný.
Tabuľka 1.1. Hlavné faktory vedúce k rozvoju chorôb. Všetky majú vplyv na rôzne biochemické procesy v bunke alebo v celom tele.
1. Fyzikálne faktory: mechanické poranenie, extrémna teplota, náhle zmeny atmosférického tlaku, žiarenie, úraz elektrickým prúdom
2. Chemické činidlá a liečivá: niektoré toxické zlúčeniny, terapeutické liečivá atď.
4. Kyslíkové hladovanie: strata krvi, porucha prenosu kyslíka, otrava oxidačnými enzýmami
5. Genetické faktory: vrodené, molekulárne
6. Imunologické reakcie: anafylaxia, autoimunitné ochorenia
7. Nutričná nerovnováha: podvýživa, nadvýživa
Vďaka týmto štúdiám môžete 1) identifikovať príčinu ochorenia; 2) navrhnúť racionálny a účinný spôsob liečby; 3) vyvinúť metódy hromadného skríningu populácie na účely včasnej diagnostiky; 4) sledovať priebeh ochorenia; 5) sledovať účinnosť liečby. V prílohe sú popísané najdôležitejšie biochemické testy používané na diagnostiku rôznych chorôb. Bude užitočné odkázať na tento dodatok vždy, keď ide o biochemickú diagnostiku rôznych chorôb (napríklad infarkt myokardu, akútna pankreatitída atď.).
Potenciál biochémie v prevencii a liečbe chorôb je stručne ilustrovaný na troch príkladoch; neskôr v kapitole sa pozrieme na niekoľko ďalších príkladov.
1. Je všeobecne známe, že na to, aby si človek zachoval zdravie, musí prijímať určité zložité organické zlúčeniny – vitamíny. V tele sa vitamíny premieňajú na zložitejšie molekuly (koenzýmy), ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v mnohých reakciách v bunkách. Nedostatok niektorého z vitamínov v potrave môže viesť k rozvoju rôznych ochorení, napríklad skorbut s nedostatkom vitamínu C alebo krivica s nedostatkom vitamínu D. Objasnenie kľúčovej úlohy vitamínov alebo ich biologicky aktívnych derivátov sa stala jednou z hlavných úloh, ktoré biochemici a odborníci na výživu riešia už od začiatku tohto storočia.
2. Stav známy ako fenylketonúria (PKU), ak sa nelieči, môže viesť k ťažkej mentálnej retardácii. Biochemická povaha PKU je známa už asi 30 rokov: ochorenie je spôsobené nedostatkom alebo úplným nedostatkom aktivity enzýmu, ktorý katalyzuje premenu aminokyseliny fenylalanínu na inú aminokyselinu, tyrozín. Nedostatočná aktivita tohto enzýmu vedie k hromadeniu nadbytku fenylalanínu a niektorých jeho metabolitov, najmä ketónov, v tkanivách, čo nepriaznivo ovplyvňuje vývoj centrálneho nervového systému. Po objasnení biochemických základov PKU sa našiel racionálny spôsob liečby: chorým deťom je predpísaná strava s nízkym obsahom fenylalanínu. Hromadné vyšetrenie novorodencov na PKU umožňuje v prípade potreby okamžite začať liečbu.
3. Cystická fibróza je dedičné ochorenie žliaz vonkajšej sekrécie, najmä potných žliaz. Príčina ochorenia nie je známa. Cystická fibróza je jednou z najčastejších genetických chorôb v Severnej Amerike. Je charakterizovaná abnormálne viskóznymi sekrétmi, ktoré blokujú sekrečné kanály pankreasu a bronchiolov. Ľudia trpiaci týmto ochorením zomierajú najčastejšie v ranom veku na pľúcnu infekciu. Keďže molekulárny základ ochorenia nie je známy, je možná len symptomatická liečba. Možno však dúfať, že v blízkej budúcnosti sa pomocou technológie rekombinantnej DNA podarí objasniť molekulárnu podstatu ochorenia, čo umožní nájsť účinnejší spôsob liečby.
FORMÁLNA DEFINÍCIA BIOCHÉMIE
Biochémia, ako už názov napovedá (z gréckeho bios-life), je chémia života, alebo presnejšie veda o chemických základoch životných procesov.
Štruktúrnou jednotkou živých systémov je bunka, preto možno uviesť inú definíciu: biochémia ako veda študuje chemické zložky živých buniek, ako aj reakcie a procesy, na ktorých sa zúčastňujú. Podľa tejto definície biochémia zahŕňa široké oblasti bunkovej biológie a celú molekulárnu biológiu.
PROBLÉMY BIOCHÉMIE
Hlavnou úlohou biochémie je dosiahnuť na molekulárnej úrovni úplné pochopenie podstaty všetkých chemických procesov spojených s vitálnou aktivitou buniek.
Na vyriešenie tohto problému je potrebné izolovať z buniek početné zlúčeniny, ktoré sa tam nachádzajú, určiť ich štruktúru a stanoviť ich funkcie. Ako príklad môžeme uviesť početné štúdie zamerané na objasnenie molekulárnej podstaty svalovej kontrakcie a množstvo podobných procesov. Výsledkom bolo, že mnohé zlúčeniny rôzneho stupňa zložitosti boli izolované v purifikovanej forme a boli uskutočnené podrobné štrukturálne a funkčné štúdie. V dôsledku toho bolo možné objasniť množstvo aspektov molekulárneho základu svalovej kontrakcie.
Ďalšou úlohou biochémie je objasniť otázku vzniku života. Naše chápanie tohto vzrušujúceho procesu nie je ani zďaleka vyčerpávajúce.
OBLASTI VÝSKUMU
Oblasť biochémie je široká ako život sám. Všade tam, kde existuje život, prebiehajú rôzne chemické procesy. Biochémia sa zaoberá štúdiom chemických reakcií v mikroorganizmoch, rastlinách, hmyze, rybách, vtákoch, nižších a vyšších cicavcoch a najmä v ľudskom tele. Pre študentov študujúcich biomedicínske vedy sú mimoriadne zaujímavé
posledné dva oddiely. Bolo by však krátkozraké nemať žiadnu predstavu o biochemických charakteristikách niektorých iných foriem života: často sú tieto vlastnosti nevyhnutné na pochopenie rôznych druhov situácií, ktoré priamo súvisia s ľuďmi.
BIOCHÉMIA A MEDICÍNA
Medzi biochémiou a medicínou existuje široký obojstranný vzťah. Vďaka biochemickému výskumu sa podarilo zodpovedať mnohé otázky súvisiace so vznikom chorôb a štúdium príčin a priebehu vývoja niektorých chorôb viedlo k vytvoreniu nových oblastí biochémie.
Biochemické štúdie zamerané na identifikáciu príčin chorôb
Okrem vyššie uvedeného uvedieme ešte štyri príklady na ilustráciu šírky škály možných aplikácií biochémie. 1. Analýza mechanizmu účinku toxínu produkovaného pôvodcom cholery umožnila objasniť dôležité body týkajúce sa klinických príznakov ochorenia (hnačka, dehydratácia). 2. V mnohých afrických rastlinách je obsah jednej alebo viacerých esenciálnych aminokyselín veľmi nízky. Odhalenie tejto skutočnosti umožnilo pochopiť, prečo práve ľudia, pre ktorých sú tieto rastliny hlavným zdrojom bielkovín, trpia nedostatkom bielkovín. 3. Zistilo sa, že komáre – prenášače patogénov malárie – si môžu vyvinúť biochemické systémy, ktoré ich urobia imúnnymi voči insekticídom; toto je dôležité zvážiť pri navrhovaní antimalarických reakcií. 4. Grónski Eskimáci konzumujú veľké množstvá rybieho tuku, bohatého na niektoré polynenasýtené mastné kyseliny; zároveň je známe, že sa vyznačujú nízkou hladinou cholesterolu v krvi, a preto sa ateroskleróza rozvíja oveľa zriedkavejšie. Tieto pozorovania naznačujú možnosť použitia polynenasýtených mastných kyselín na zníženie cholesterolu v plazme.
Štúdium chorôb podporuje rozvoj biochémie
Pozorovania anglického lekára Sira Archibalda Garroda zo začiatku 20. storočia. pre malú skupinu pacientov trpiacich vrodenými metabolickými poruchami podnietili štúdium biochemických dráh, ktorých porušenie sa v takýchto podmienkach vyskytuje. Snaha pochopiť podstatu genetickej poruchy nazývanej familiárna hypercholesterolémia, ktorá vedie k rozvoju ťažkej aterosklerózy v ranom veku, prispela k rýchlemu nahromadeniu poznatkov o bunkových receptoroch a mechanizmoch absorpcie cholesterolu bunkami. Intenzívne štúdium onkogénov v rakovinových bunkách upriamilo pozornosť na molekulárne mechanizmy kontroly bunkového rastu.
Štúdium nižších organizmov a vírusov
Cenné informácie, ktoré sa ukázali ako veľmi užitočné pri vykonávaní biochemického výskumu na klinike, boli získané zo štúdia niektorých nižších organizmov a vírusov. Napríklad moderné teórie regulácie aktivity génov a enzýmov vznikli na základe priekopníckeho výskumu uskutočneného na plesniach a baktériách. Technológia rekombinantnej DNA pochádza z výskumu na baktériách a bakteriálnych vírusoch. Hlavnou výhodou baktérií a vírusov ako objektov biochemického výskumu je vysoká miera ich rozmnožovania; to značne uľahčuje genetickú analýzu a genetickú manipuláciu. Informácie získané pri štúdiu vírusových génov zodpovedných za vznik niektorých foriem rakoviny u zvierat (vírusové onkogény) umožnili lepšie pochopiť mechanizmus premeny normálnych ľudských buniek na rakovinové bunky.
BIOCHÉMIA A INÉ BIOLOGICKÉ VEDY
Biochémia nukleových kyselín je základom genetiky; na druhej strane sa ukázalo, že použitie genetických prístupov bolo plodné pre mnohé oblasti biochémie. Fyziológia, veda o fungovaní tela, sa veľmi silno prekrýva s biochémiou. V imunológii sa používa veľké množstvo biochemických metód a biochemici zase vo veľkej miere využívajú mnohé imunologické prístupy. Farmakológia a farmácia sú založené na biochémii a fyziológii; metabolizmus väčšiny liečiv sa uskutočňuje v dôsledku vhodných enzymatických reakcií. Jedy ovplyvňujú biochemické reakcie alebo procesy; tieto otázky sú predmetom toxikológie. Ako sme už povedali, v srdci rôznych typov patológie je porušenie množstva chemických procesov. To vedie k rastúcemu využívaniu biochemických prístupov na štúdium rôznych typov patológie (napríklad zápalu, poškodenia buniek a rakoviny). Mnohí z tých, ktorí sa zaoberajú zoológiou a botanikou, vo svojej práci široko využívajú biochemické prístupy. Tieto vzťahy nie sú prekvapujúce, pretože, ako vieme, život vo všetkých jeho prejavoch závisí od rôznych biochemických reakcií a procesov. Už existujúce bariéry medzi biologickými vedami sú prakticky zničené a biochémia sa čoraz viac stáva ich spoločným jazykom.
