БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

ПЕРЕДМОВА

Проблеми фізіології, що виникли в середині XIX ст., потребували розкриття хімічної природи фізіологічних процесів і аналітичних хімічних визначень окремих речовин. Так поступово формувався новий напрям - фізіологічна хімія. Хімічні дослідження в цій сфері проводили К. Бернар (1866), визначаючи вміст цукру в крові й сечі, В. Уолластон (1810) при описанні цистинових камінців і К. Бедекер (1859) - алкаптонурії та ін. Ще за 45 років до «біохімічних» досліджень К. Бернара хіміки-органіки описали до сотні хімічних сполук рослинного та тваринного походження. Ці дослідження, як і аналогічні наступні, відносять до розділу біохімії, який вивчає хімічну статику організмів, тобто до статичної біохімії.

Проте з часом знати речовину було вже замало. Важливим ставало зрозуміти, як саме утворюються речовини, з котрих складається клітина і тканина, з яких сполук вони утворюються та які зміни з ними відбуваються до утворення кінцевих продуктів обміну речовин, що виділяються в навколишнє середовище. Так складався напрям динамічної біохімії, який об'єднав інтереси фізіологів і хіміків та сприяв значному прогресу в медицині. Але й цього медичним фізіологам і лікарям було недостатньо. Виникла необхідність якісно й кількісно оцінити роль фізіолого- біохімічних процесів, в основі яких лежать хімічні перетворення. Такі проблеми не могли розв’язати ні статична, ні динамічна біохімія. Це стало предметом досліджень функціональної біохімії.

Отже, біологічна хімія складається з таких розділів, як:

• статична біохімія (аналіз хімічного складу живих організмів);

• динамічна біохімія (сукупність біохімічних перетворень речовин в організмі);

• функціональна біохімія (досліджує хімічні процеси, на яких основані конкретні прояви життєдіяльності).

У середині минулого сторіччя в біохімії розширились дослідження структури макромолекул. Це пов'язано з розшифруванням первинної структури інсуліну, рибонуклеази, гемоглобіну й міоглобіну; було встановлено спіралізацію пептидних ланцюгів, просторову конформацію ряду білків, у т. ч. ферментів, їхню рухливість при взаємодії із субстратами. Ці "структурні" дослідження дали можливість зрозуміти механізми передачі спадкової інформації, а синтез білка стали розуміти як реалізацію генетичної інформації.

Такі дослідження у другій половині XX ст. внесли деяку суперечність між біохімією, молекулярною біологією та біоорганічною хімією. Проте вона була штучною і нетривалою. Молекулярно- біологічні дослідження в біохімії проводились практично протягом усієї історії її розвитку. Це один із напрямків біохімії, основним завданням якого є вивчення білків і нуклеїнових кислот, головним чином у структурному аспекті. Ці дослідження можна визначити як вищий ступінь біохімічного пізнання природи. Термін «молекулярна біологія» є настільки ж обґрунтованим, наскільки обґрунтованими є терміни «молекулярна генетика», «імунохімія», «нейрохімія» тощо. У результаті поступової та упевненої орієнтації на закономірності генетичного плану, структуру гена і його штучне створення, геноми зі змішаними властивостями, розбирання та реконструкцію органел і органоїдів з відновленням вихідних функцій, а також на генетичну інженерію молекулярна біологія виокремилась із біохімії й сформувалась як самостійна наука в 50-х роках минулого століття. Аналогічним чином і приблизно в той самий період відбулося часткове уособлення "біоорганічної хімії" (одночасно двох розділів - біохімії та органічної хімії), що вивчає речовини, з яких побудований організм. Серед них особливе значення надається білковим речовинам, без яких неможлива жодна форма живого.

Доцільно ще раз підкреслити, що як у «сиву давнину» і в період виокремлення молекулярної біології та біоорганічної хімії, так і сьогодні основним завданням біохімії є вивчення обміну речовин - головної ознаки живого. Усі інші процеси живого (збудливість, розмноження, ріст, розвиток, «нормальні» та патологічні стани тощо) обов'язково пов'язані (або є наслідком) з обміном речовин. Біохімія обміну речовин передбачає не тільки глибокі знання процесів життєдіяльності, а також і можливості регулювання обміном - конкретними процесами й ознаками живого.

Проблема регуляції та саморегуляції процесами метаболізму - обміну речовин і енергії - є найважливішою проблемою сучасної біохімії, яка розв’язується на всіх рівнях організації живого. Перш за все, це опанування механізмами процесів функціональної біохімії, чому завжди передують дослідження, що належать до біоорганічної хімії та статичної біохімії, і встановлення просторово-часової організації ферментативних процесів, які відносять до динамічної біохімії. Тому при вивченні процесів регуляції й саморегуляції обміну речовин поділ на статичну, динамічну та функціональну біохімію є вельми умовним.

Досягнення біологічної та біоорганічної хімії зумовило розуміння взаємозв'язку структури й функції, структури й обміну речовин, що стало можливим лише на сучасному рівні досліджень. Тому при написанні книги автори намагались не тільки висвітлити сутність хімічних процесів, а й показати їхній зв'язок із конкретними структурними компонентами клітини. Особливу увагу приділено універсальності хімічних процесів живого, серед яких найбільш логічними є процеси енергетичних перетворень. Виявилось, що принципи акумуляції та витрачання енергії АТФ, які були відкриті спочатку для м'язового скорочення, широко використовуються в будь-яких клітинах для забезпечення різноманітних потреб, а саме: підтримання клітинних динамічних структур, які постійно оновлюються, та виконання всіх видів робіт і специфічних функцій клітин. У цьому плані повчальним є висловлювання видатного біохіміка А. Сцент-Дьорді: «Нема великої різниці між травою і тим, хто її косить: обоє використовують енергію АТФ».

Біологічна й біоорганічна хімія викладається в третьому та четвертому семестрах для медико-біологічних спеціальностей університетів України. Таке, на перший погляд, «раннє» викладання хімії живого є доцільним, оскільки об'єднує всі науки про живе, дає можливість узагальнення фундаментальних проблем. У ширшому плані вивчення біологічної хімії є внеском у підготовку молоді до майбутнього життя в умовах зростаючого занепокоєння про здоров'я й добробут кожної людини.

Працюючи над цим виданням, автори прагнули не енциклопедичного охоплення всіх біохімічних деталей, а висвітлення основних біохімічних механізмів і молекулярної логіки живого. Книга розпочинається главами, присвяченими біоорганічним сполукам і воді, біохімічним аспектам молекулярної організації клітин та біохімії міжклітинних комунікацій. Цей матеріал є вельми корисним, зважаючи на не завжди достатню підготовку студентів з хімії та на те, що ці знання мають першочергове значення для оволодіння всіма наступними розділами біохімії. В інших главах описано загальні закономірності й механізми метаболізму вуглеводів, ліпідів, амінокислот, білків і нуклеїнових кислот, що є основою молекулярної біології та молекулярної генетики.

При написанні підручника використано навчальні програми МОН і МОЗ України та робочі програми з біохімії деяких вищих навчальних закладів України. Базовими ж стали навчальні програми кафедри біохімії біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка. При створенні видання автори послуговувалися багаторічним досвідом кількох поколінь університетських біохіміків, а також підручниками й посібниками, які вийшли за редакцією та за співавторством академіка М.Є. Кучеренка.

Автори щиро вдячні всім колегам, хто допомагав у підготовці книги до друку. Велику подяку виражаємо рецензентам С. О. Костеріну та М. М. Марченку, доброзичлива критика яких сприяла поліпшенню підручника, і співробітникам кафедри біохімії та лабораторії мембранології й цитології біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка за підготовку окремих глав до друку.