Биохимия

Биохимия (биологическая химия) — наука, изучающая химическую природу процессов жизнедеятельности, совокупность которых принято называть обменом веществ, и связь этих процессов с деятельностью органов и тканей живых организмов. Современная биохимия сложилась на рубеже 19 и 20 вв. когда слились воедино достижения и методы органической химии, физиологии и некоторых других наук, изучающих различные стороны органической жизни. В частности, органическая химия, предметом изучения которой являются углеродистые соединения вообще, а также анализ и синтез веществ, образующих живые ткани, легла в основу так называемой статической, или структурной, биохимии (т. е. раздела биохимии, занимающегося изучением природных органических веществ, их анализом и синтезом). Изучение химических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма, вылилось в формирование динамической биохимии. Динамическая биохимия гораздо ближе к медицине и физиологии, чем к органической химии. Именно поэтому биохимия вначале называлась физиологической, или медицинской, химией.

Начало изучения живой материи с химических позиций относится к глубокой древности и связано с необходимостью исследования составных частей живых организмов (животных и растений), вызванного практическими запросами медицины, сельского хозяйства и промышленности (изготовление лекарственных средств и благовоний, дубление кож и окраска тканей, хлебопечение и сыроварение, виноделие и пивоварение и т. д.). Со временем были собраны обширные наблюдения над химическими превращениями различных веществ биологической природы, разработаны основные приемы химической работы с веществами, сделаны первые обобщения. Большое воздействие на развитие химических исследований в области животного и растительного мира оказала медицина. В начале 16 в. Теофраст Парацельс обосновал учение, согласно которому возникновение болезней связано с нарушением течения химических процессов в теле больных и для их лечения необходимо применять химические вещества. В дальнейшем существенными открытиями обогатили биохимию врачи и аптекари. Со временем, как и всякая другая быстро развивающаяся наука, биохимия стала делиться на ряд обособленных дисциплин, выделение которых было связано с необходимостью более углубленного изучения определенных объектов исследования. Так возникли биохимия человека и животных, биохимия растений, биохимия микробов (микроорганизмов), биохимия вирусов, а также техническая биохимия, выросшая из необходимости удовлетворения практических запросов хозяйственной деятельности человека (переработка животного и растительного сырья, приготовление пищевых продуктов, изготовление витаминных и гормональных препаратов, антибиотиков и т. д.).

Деление биохимии на ряд более узких и специализированных дисциплин отражало необходимость изучения процессов жизнедеятельности на разных уровнях организации живой материи (от организменного до молекулярного и субмолекулярного) или изучения отдельных типов химических соединений, играющих в процессах жизнедеятельности ключевую роль. Таким образом сформировались эволюционная и сравнительная биохимия (изучает биохимические процессы, протекающие в живых организмах на разных стадиях их развития), биохимическая генетика и молекулярная биология (изучают структуру и функцию белков и нуклеиновых кислот, а также их особую роль в процессе жизнедеятельности), биохимия витаминов, гормонов, ферментов, радиационная биохимия, квантовая биохимия и т. д. Потребностями клинической медицины было вызвано возникновение клинической биохимии, основной задачей которой стало осуществление раннего диагностирования различных заболеваний, а также изучение механизмов их возникновения.

20 в. ознаменовался крупными достижениями в области биохимии, которые теснейшим образом связаны с бурным развитием других биологических наук, проникновением в нее методов точных наук (химии, физики, математики, кристаллографии и т. д.). Было установлено, что открытые при помощи электронной микроскопии ультраструктурные образования в живой клетке выполняют четко выраженные специализированные биохим. функции; в частности, в ядре клетки происходит синтез нуклеотидов, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, т. е. соединений, ответственных за передачу наследственной информации (см. Генетический код ). Затем была выяснена структура белка, определены последовательности расположения аминокислот в различных белках и начиная с 1916 г. синтезировано свыше 200 видов различных белков, включая гормоны. В частности, был синтезирован белковый гормон инсулин, спасший жизнь огромному числу больных сахарным диабетом. Любопытно, что еще в конце прошлого века крупнейший химик-органик А. Бейер писал, что «нет никакой надежды в ближайшем будущем выяснить природу белка. Должны ли мы задаваться подобными вопросами, если возможность разрешения их совершенно невероятна?».

В профилактике и лечении болезней человека важное значение приобретают методы ранней биохимической диагностики. В последнее время в области клинической биохимии нашли широкое применение различные экспресс-методы и быстродействующая автоматическая аппаратура, благодаря которым за короткий срок (иногда в пределах 30 сек.) и в минимальном объеме исследуемого материала (например, в капле крови) можно определить содержание большого числа различных веществ, что позволяет уточнить, а в некоторых случаях и поставить диагноз. Применение препаратов, содержащих меченные изотопами молекулы, является основой наиболее точных методов изучения биохимических реакций в условиях нормы и патологии в целостном организме, что способствует точности диагностики и эффективности терапии.

Биохимические изменения или составляют основу, или являются вторичными проявлениями болезней человека. В обоих случаях биохимический анализ является залогом успеха постановки точного диагноза этих болезней.

Все большее значение придается методам энзимодиагностики, т. е. определению активности ферментов в сыворотке крови, моче, а также в изолированных клетках — лейкоцитах, эритроцитах, фибробластах и др. Разработано большое количество моделей различных автоматических анализаторов для: клинических лабораторий, некоторые из них: позволяют осуществлять 30—40 видов биохимических определений с очень высокой производительностью (до 3000 определений в час) и передавать полученные результаты по телетайпу. Такой автоанализатор обеспечивает потребность в биохимических анализах нескольких крупных больниц.