Биологическая химия- это наука, изучающая химический состав органов и тканей организмов и химические процессы и превращения, лежащие в основе их жизнедеятельности.
Современная биохимия охватывает большую область человеческого знания. В связи с огромным объемом фактического материала и разнообразием теоретических знаний биохимия делится на ряд разделов, каждый из которых имеет самостоятельное значение. По подходам к изучению живой материи биохимия делится на:
1. Статистическую, занимающуюся исследованием химического (качественного и количественного) состава организма.
2. Динамическую, изучающую превращения химических соединений и взаимосвязанных с ними превращений энергии в процессе жизнедеятельности органических форм.
3. Функциональную, которая выясняет связи между строением химических соединений и процессами их видоизменения, с одной стороны и функцией субклеточных частиц, специализированных клеток, тканей или органов, включающих в свой состав упомянутые вещества, с другой.
В зависимости от объекта или направления исследований современная биохимия распадается на несколько самостоятельных разделов.
Общая биохимия рассматривает закономерности строения, содержания и преобразования в процессе жизнедеятельности организмов химических соединений, общих для живой материи в целом.
Биоорганическая химия выясняет физико-химические основы функционирования важнейших систем живой клетки, используя идеи, методы и приемы химии, включая структурный и стереохимический анализ, частичный и полный синтез природных соединений и их аналогов.
Бионеорганическая химия исследует структуру и функциональную активность комплексов неорганических ионов с органическими молекулами (лигандами), их участие в процессах жизнедеятельности.
Биохимия животных изучает состав животных организмов и превращения в них веществ и энергии.
Биохимия растений исследует состав растительных организмов и превращения в них веществ и энергии.
Биохимия микроорганизмов изучает те же вопросы, но применительно для микроорганизмов.
Медицинская биохимия исследует состав и превращение веществ и энергии в организме человека в норме и патологии.
Техническая биохимия выясняет состав важнейших пищевых продуктов, изучает превращения, происходящие при их производстве и хранении, а также разрабатывает способы применения биохимических процессов в промышленности.
В недрах биохимии, на стыке биологии, химии, физики, математики и кибернетики, зародилась наука об особенностях строения и свойств молекул, обеспечивающих существование биологической формы движения материи, - молекулярная биология.
1.2 Области исследований биохимии.
1. Типы органических соединений и их структура. Фундаментальное значение имело составление перечня органических относительно простых соединений – аминокислот, сахаров и жирных кислот, затем более сложных – пигментов (придающие окраску, например, цветкам), витаминов и коферментов (небелковые компоненты ферментов), а заканчивается гигантскими молекулами белков и нуклеиновых кислот.
2. Метаболические пути. Биохимия выясняет пути биосинтеза природных соединений из более простых веществ, т.е. из компонентов пищи у животных и из диоксида углерода и минеральных веществ (в ходе фотосинтеза) у растений, расщепление природных соединений у животных, растений и микроорганизмов (в частности, у бактерий).
3. Структура и функции макромолекул. Третье направление биохимии связано с анализом связи между структурой и функцией биологических макромолекул. Так, биохимики пытаются понять, какие особенности структуры белковых катализаторов лежат в основе их специфичности, т.е. способности ускорять строго определенные реакции; как выполняют свои функции сложные полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и мембран; каким образом сложные липиды, присутствующие в нервной ткани, участвуют в функционировании нервных клеток – нейронов.
4. Функционирование клеток – раскрытие механизмов функционирования специализированных клеток. Исследуются, например, следующие вопросы: как происходит сокращение мышечных клеток, как определенные клетки формируют костную ткань, каким образом эритроциты переносят кислород от легких к тканям и забирают из тканей углекислый газ, каков механизм синтеза пигментов в клетках растений и т.д.
5. Генетические аспекты. Исследования, начавшиеся в 1940-х годах и проводившиеся на грибах и бактериях, а затем на высших организмах, включая человека, показали, что обычно в результате мутации генов в клетках перестают протекать определенные биохимические реакции. Эти наблюдения привели к созданию концепции гена как информационной единицы, отвечающей за синтез специфического белка. Если белок является ферментом, а кодирующий его ген подвергся мутации (т.е. изменился), то клетка утрачивает способность осуществлять реакцию, которую этот фермент должен был бы катализировать.
Многие биохимические исследования направлены на выяснение деталей репликации нуклеиновых кислот и механизма синтеза белков, а потому тесно связаны с генетикой. Область исследований, лежащую в сфере и биохимии и генетики, обычно называют молекулярной биологией.
Проект «Геном человека» – грандиозный международный проект в области молекулярной биологии и генетики, в котором принимают участие коллективы ученых из многих стран. Цель проекта – построить генетические карты 23 хромосом человека с точным указанием положения всех десятков тысяч генов на этих хромосомах и в конечном итоге определить структуру хромосом, т.е. последовательность примерно 3 млрд. пар азотистых оснований, из которых состоит хромосомная ДНК. Эти исследования позволят создать доступную для всех ученых базу данных, представляющих большую ценность для изучения генетики человека, а главное – помогут биохимикам раскрыть механизмы наследственных болезней.
6. Медицинская биохимия. С каждым годом все большее число болезней удается связать с теми или иными нарушениями метаболизма. Совместные усилия биохимиков и врачей позволили раскрыть природу нарушений, лежащих в основе таких заболеваний, как сахарный диабет и серповидноклеточная анемия и др.