Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

ВСТУП. БІОХІМІЯ ЯК НАУКА

Das Sein ist ewig: denn Gesetze

Bewahren die Lebendgen Schatze,

Aus welchen sich das All geschmuckt.

Johann-Wolfgang Goethe

Буття є вічним, тому що існують

Закони, що оберігають скарби Життя,

якими прикрашає себе Всесвіт.

Йоган-Вольфганг Гете

Біологічна хімія (біохімія) — наука, предметом вивчення якої є хімічний склад організмів людини, тварин, рослин, мікроорганізмів, вірусів та хімічні (біохімічні) реакції, в які вступають біоорганічні (переважно) і біонеорганічні сполуки (біомолекули), що входять до складу цих організмів.

Структура біомолекул, тобто хімічна будова і просторове розміщення окремих атомів — конфігурація та конформація—є передумовою їх взаємодії та перетворень у біохімічних реакціях, що складають “молекулярну логіку живого” (А. Ленінджер, 1982). Ці біохімічні перетворення становлять сутність обміну речовин (метаболізму). Оскільки переважаюча більшість реакцій метаболізму здійснюється за участю білкових каталізаторів — ферментів, основним завданням біохімії є вивчення перебігу ферментативних реакцій, їх механізмів та регуляції.

Окрім суто хімічних перетворень, що супроводжуються змінами ковалентної структури біомолекул, визначальну роль в біологічних процесах мають фізико-хімічні закономірності, які становлять основу численних взаємодій між комплементарними сполуками — білками, нуклеїновими кислотами, оліго- та полісахаридами і низькомолекулярними лігандами, в тому числі неорганічними речовинами. Такі нековалентні (водневі, йонні, диполь-дипольні, гідрофобні) взаємодії беруть участь в утворенні надмолекулярних комплексів та біоструктур, ферментативному каталізі, зв'язуванні гормонів та медіаторів з рецепторами, імуноглобулінів (антитіл) з відповідними структурами на поверхні лімфоцитів та макрофагів, міжклітинному “пізнаванні” тощо.

Об’єктами вивчення біохімії є живі організми на різних етапах еволюційного розвитку: віруси, бактерії, рослини, тварини, організм людини як біологічний об'єкт.

Основні розділи біохімії:

1. Статична біохімія.

2. Динамічна біохімія.

3. Функціональна біохімія.

Статична біохімія вивчає хімічний склад живих організмів та структуру біоорганічних молекул — біомолекул, що входять до їх складу: білків, амінокислот, нуклеїнових кислот, нуклеотидів, вуглеводів та їх похідних, вітамінів, гормонів тощо). Сучасна статична біохімія за своїми об’єктами дослідження та методологією близька до біоорганічної хімії. На відміну від біоорганічної хімії, біохімія приділяє основну увагу значенню певних біомолекул в утворенні клітиних та тканинних структур, реалізації фізіологічних функцій організму.

Динамічна біохімія вивчає хімічні (біохімічні) реакції, що складають у своїй сукупності обмін речовин, або метаболізм живих організмів. Головними своїми завданнями динамічна біохімія має вивчення перебігу та механізмів реакцій обміну речовин, зокрема перетворень в живих організмах таких основних біомолекул, як вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти. Прості біоорганічні молекули, які утворюються в процесі метаболізму (моносахариди, жирні кислоти, амінокислоти, низькомолекулярні карбонові кислоти та їх похідні, нуклеотиди тощо) носять назву метаболітів.

Біоенергетика — розділ динамічної біохімії, що вивчає закономірності вивільнення, акумуляцїї та споживання енергії в біологічних системах.

Розуміння структури та діяльності живих клітин неможливе без молекулярної біології та молекулярної генетики — розділів біохімії та клітинної біології, що розкривають закономірності збереження та реалізації генетичної інформації шляхом вивчення будови та функціонування інформаційних макромолекул — нуклеїнових кислот ДНК та РНК.

Розвиток молекулярної біології та молекулярної генетики сприяв виникненню принципово нового етапу клітинної біології — генної інженерії, або біотехнології, які вивчають можливості направлених змін ядерного генетичного апарату; особливого значення набуває використання технології рекомбінантних ДНК для синтезу фізіологічно активних сполук — антибіотиків, гормонів, ферментів.

Функціональна біохімія — розділ біохімії, що вивчає біохімічні реакції, які лежать в основі певних фізіологічних функцій. Функціональна біохімія близька за своєю сутністю до молекулярної фізіології.

Функціональна біохімія, зокрема, вивчає: біохімічні основи травлення поживних речовин (білків, вуглеводів, ліпідів) в шлунково-кишковому тракті; біохімічні механізми, що лежать в основі таких фізіологічних процесів, як м’язове скорочення, генерація, проведення нервового імпульсу та вищі інтегративні функції нервової системи, дихальна функція крові, регуляція кислотно-основного стану в організмі, екзо- та ендокринна секреція, детоксикаційна функція печінки, видільна функція нирок, захисна функція імунної системи тощо.

Головним об’єктом дослідження та вивчення в медичній біохімії є організм людини. Біохімія людини, або медична біохімія — це розділ біохімії, який вивчає закономірності обміну речовин та їх порушення в умовах як нормального функціонування людського організму, так і виникнення патологічних процесів різного генезу, зокрема спричинених дією на організм ушкоджуючих факторів біологічного, хімічного, фізичного походження. З метою розв’язання біохімічних механізмів виникнення хвороб в медичній біохімії широко використовується метод моделювання певних патологічних процесів на експериментальних тваринах.

Клінічна біохімія є підрозділом (науково-практичною галуззю) медичної біохімії, що вивчає біохімічні процеси, які відбуваються в організмі хворої людини, притаманні окремим захворюванням, пов’язані з патогенезом хвороб, і дослідження яких може бути використаним у діагностиці ураження певних органів, тканин, клітинних структур. Важливим розділом клінічної біохімії є клінічна (медична) ензимологія. Об’єктом вивчення цього розділу клінічної біохімії є перебіг ферментних реакцій в організмі людини за умов різних захворювань шляхом визначення активності окремих ферментів, ізоферментів та ферментних констеляцій в біологічних рідинах і біоптатах та використання набутої інформації в діагностичному та лікувальному процесі.