Биохимии связь с другими науками кратко

Обновлено: 02.07.2024

Биологическая химия (биохимия) — наука, которая изучает химический состав и химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организма.

История биохимии как науки и ее связь с другими науками.

В истории биохимии можно выделить 4 периода.

Первый период: с древних времен и до эпохи Возрождения ( XV в.).

В это время человек широко использовал биохимические процессы (изготовление сыра, пива, вина, хлеба и т.д.).

Второй период: продлился до середины XIX в..

В этот период шло накопление знаний по химии живой материи.

Третий период: завершается в 40 – 50–х годах XX в..

В эти годы заканчивается формирование биохимии как науки. В 60-е годы XX в. создаются кафедры медицинской, а затем и биологической химии.

Четвертый период: продолжается по настоящее время.

В истории биохимии – период важнейших открытий в биологии. Использование физико-химических и математических методов позволило выявить молекулярные основы хранения и передачи генетической информации, механизмов биосинтеза белка, изучить структуру и функцию мембран, гормонов, разработать биотехнологические подходы в исследовании живого.

Значение состава тела, процессов превращения различных веществ дает в руки врача бесценный материал для характеристики состояния здоровья человека. Поэтому биохимия – это теоретическая основа медицины.

Значение биохимических исследований.

Из определения биологической химии вытекает, что это химия живых существ. Живая система от неживой отличается обменом веществ и энергии (метаболизмом).

В результате обмена веществ (метаболизма) в биологические внутренние среды нашего организма поступает большое количество продуктов обмена веществ (метаболитов), содержание которых у здорового человека варьирует незначительно и составляет гомеостаз внутренних сред организма (кровь, сыворотка, спинномозговая жидкость, моча, пищеварительные соки и др.).

Практически любое заболевание начинается с повреждения (нарушения) одной реакции в метаболизме клетки, а затем оно распространяется на ткань, орган и целый организм. Нарушение метаболизма ведет к нарушению гомеостаза в биологических жидкостях организма человека, что сопровождается изменением биохимических показателей.

Большое значение клинико-биохимических методов исследования биологических жидкостей велико в медицине и важно для подготовки медицинских лабораторных техников. Достаточно напомнить, что только в крови человека можно определить современными методами биохимических исследований около 1000 показателей метаболизма.

Биохимические показатели биологических сред организма человека широко используются при:

1. постановке диагноза заболевания, особенно дифференциального диагноза;

2. выборе метода лечения;

3. контроле за правильностью назначенного лечения;

4. результаты биохимических анализов служат одним из критериев излеченности патологического процесса;

5. скрининге (выявлении болезни на доклинической стадии);

6. мониторинге (контроле за течением заболевания и результатом лечения);

7. прогнозе (информации о возможном исходе заболевания).

Бурный рост биохимии привел к тому, что она подразделилась на разные отрасли: клиническую биохимию, молекулярную биохимию, биохимию спорта и биохимию человека.

1. строения и функций биомолекул, входящих в состав тканей организма.

· поступления пластических и биологически активных веществ во внутреннюю среду организма;

· превращения поступивших мономеров в биополимеры, специфичные для данного организма;

· высвобождения, накопления и использования энергии в клетке;

· образования и выведения конечных продуктов распада веществ в организме;

· воспроизведения и передачи наследственных признаков организма;

· регуляции всех перечисленных процессов.

Основное внимание нашего курса будет уделяться изучению методов клинико-биохимических исследований, которые состоят из этапов.

Основные этапы проведения клинико-биохимических исследований.

В настоящее время большое внимание уделяется оценке надежности клинико-биохимических исследований.

Качество клинико-биохимических лабораторных исследований зависит от факторов:

· особенности используемого метода,

· тщательностью его исполнения,

· техническим совершенством используемой аппаратуры,

· точностью мерной посуды.

Контроль качества лабораторного исследования — это система мер по контролю за качеством выполнения лабораторного анализа на всех этапах его осуществления — от периода подготовки пациентов к процедуре взятия биологической жидкости до использования полученных результатов в клинике. Осуществляется ежедневно и включает в себя следующие основные этапы проведения клинико-биохимических исследований :

1) преаналитический;

2) аналитический;

3) постаналитический.

I . Преаналитический этап клинико-биохимических исследований включает в себя:

подготовку пациента, взятие биологического материала (биоматериала), его транспортировку.

Для того чтобы данные биохимического анализа представляли клиническую ценность, при взятии образцов анализируемого материала и их транспортировке в лабораторию должны выполняться определенные требования:

* Составление запроса на анализ, в котором указываются следующие данные:

- Имя, отчество, фамилия, пол и дата рождения пациента.

- Палата, больница, адрес,

- Имя врача, делающего запрос (в срочных случаях — с указанием телефона).

- Клинический диагноз (описание проблемы).

- Тип анализируемого материала.

- Дата и время взятия пробы.

- Назначенное лечение (например, медикаменты).

* Чёткое соблюдение правил взятия биоматериала (кровь, моча, спинномозговая жидкость и др.):

- срок сбора, время взятия;

- подготовка обследуемого (или участка тела обследуемого);

- чистота посуды и материалов для взятия (одноразовые шприцы, системы вакуэт);

- процедура взятия биологического материала;

- факторы внешней среды (особенно температура);

- наличие или отсутствие консервантов, антикоагулянтов;

* Строгое соблюдение условий транспортировки биологического материала (особенно при исследовании активности ферментов):

- временной и температурный режимы.

II . Аналитический этап клинико-биохимических исследований включает в себя:

- первичную обработку биоматериала;

III . Постаналитический этап клинико-биохимических исследований включает в себя:

- оформления бланка с результатами;

- доведение полученной информации до сведения врача.

На каждом из этих этапов могут возникать ситуации, приводящие в последующем к ошибкам определения показателей лабораторных тестов, диагностики и лечения. По данным до 70% ошибок в лабораторной медицине возникают на внелабораторных этапах исследования.

Все этапы клинико-биохимических исследований подвергаются мероприятиям по контролю качества, которые мы будем проводить и подробно изучать на последующих практических занятиях.

В процессе лабораторных исследований участвует медицинский персонал низшего, среднего и высшего звена. Каждый из участников этого процесса имеет свои функциональные обязанности, которые прописаны в приказах и рекомендациях Министерства здравоохранения. Государственным образовательным стандартом, прописаны требования к уровню подготовки выпускника по специальности медицинский лабораторный техник.

Медицинский лабораторный техник должен:

• владеть унифицированными методами анализа биологических жидкостей;

• работать на фотоколориметрах, биохимических и коагулогических анализаторах и другом оборудовании, применять автоматические пипетки, дозаторы и другую малую механизацию;

Работа в лаборатории требует повышенного внимания, соблюдения правил техники безопасности и санитарно-эпидемиологического режима.

В области безопасности работы в клинико-биохимических лабораториях медицинский лабораторный техник должен знать:

• общие принципы безопасности работы с биологическим материалом;

• особенности безопасной работы с биологическим материалом в лабораториях различного профиля;

• уметь обезвреживать биологический материал после исследования.

Все сказанное подтверждает мысль о том, что медицинская наука и практика могут успешно развиваться только при широком использовании данных биохимии, а медицинские лабораторные техники наравне с другими осуществляют выше перечисленные задачи.

Биохимия является частью биологии – науки о жизни. Она изучает состав живых организмов, судьбу веществ, которые поступают в живой организм, дают ему энергию, разрушаются и выводятся из организма.

Биохимию условно делят на три большие области: статистическую, динамическую и функциональную. Основными ее задачами являются: 1) изучение химического состава и строения биологически активных соединений (БАС), составляющих основу органов и тканей животного; 2) изучение сложных процессов и химических превращений их веществ; 3) изучение многочисленных схем превращений веществ на молекулярно-клеточном уровне для конкретных органов и тканей. Биохимия имеет тесные связи с неорганической и органической химией, морфологией, физиологией, микробиологией и др. науками.

Из истории. Сведения о биохимии были известны в глубокой древности. Биотехнические технологии использовались при приготовлении различных напитков и консервированных продуктов. Алхимики внесли большой вклад в развитие биохимии. Учёные средневековья считали, что органические вещества могут синтезироваться только в живых организмах под действием особой жизненной силы. Этих ученых называли виталистами (от лат.Vito – жизнь). Известный биолог Луи Пастер был виталистом. Открытиями химиков-органиков в конце ХVIII начале ХIХ веков удалось синтезировать органические вещества в пробирке. Ключевым шагом в становлении биохимии ученые считают получение щавелевой кислоты и мочевины в 1828 г. немецким ученым Ф. Велером. Также немецкие ученые Ю. Либих и Й. Берцелиус показали, что в состав живых организмов входит углерод. Их исследования показали, что синтез органических веществ может протекать в живых организмах, то есть без присутствия жизненной силы. Поэтому теория виталистов осталась не признанной.

Интенсивное развитие биохимии следует отнести к концу ХIХ и началу ХХ века. В этот период были открыты и изучены белки, а именно русский ученый А.Я. Данилевский дал представление о первичной структуре белка. Х. Кребс подробно изучил цикл трикарбоновых кислот. Французский ученый К. Бернар выделил из тканей печени гликоген и доказал, что он является источником энергии в организме. Ученый Д. Самер из бобов получил фермент уреазу. Исследования ученых ХХ века были посвящены изучению генетических основ, были изучены различные виды обмена веществ в организме человека и животных. Разработаны различные биотехнологии, в основе которых лежат биохимические процессы. Современная биохимия является передовой наукой способствующей быстрому развитию прогресса в обществе. С её помощью достигла больших успехов генная инженерия, фармакология, биотехнологии в других областях науки.

Определение и биологическая роль белков в жизненных явлениях

Лекция 2. Биохимия белков.

Строение белковой молекулы

Молекулярная масса белков колеблется в пределах от 1000 до нескольких миллионов атомных единиц. Опыты показали, что в состав белков входят 20 органических соединений получивших название – аминокислоты. Всего насчитывается больше 100 аминокислот, но в состав растительных и живых организмов входят только 20. В составе микробов, вирусов могут находиться другие аминокислоты, но человеком и животными эти аминокислоты не усваиваются. В состав аминокислоты входит обязательно аминогруппа и карбоксильная группа.

Самая простая кислота Н₃С – NH₂

Аминокислоты обладают оптической активностью, то есть, способностью отклонять плоскость поляризованного луча влево или вправо. Поэтому признаку их делят на L и D аминокислоты. В состав растительных и живых организмов входят только L-аминокислоты. D-аминокислоты или правовращающиеся встречаются у микробов, грибов и некоторых других соединений. Организмом человека и животных эти аминокислоты не усваиваются.

Аминокислоты по своему строению могут иметь различное количество функциональных групп. Так существуют аминокислоты, имеющие в своем составе две аминогруппы и одну карбоксильную группу. Например, лизин. Существуют аминокислоты, состоящие из 1-ой амино и 2-х карбоксильных групп. Их называют моноаминодикарбоновые. Например, аспарагиновая кислота. Имеются ещё циклические аминокислоты, в основе которых лежит бензольное или гетероциклическое кольцо.

По современным представлениям белковая молекула имеет сложную пространственную структуру. Поэтому у белковой молекулы принято выделять в строении четыре уровня.

1. Первичная структура белковой молекулы. Определяется последовательность расположения аминокислот в молекуле белка, то есть за аланином – глицин – лизин.

2. Вторичная структура белковой молекулы. Представляет собой нить белковой молекулы, закрученную в спираль.

3. Третичная структура белковой молекулы представляет собой белковую спираль свернутую в клубок, имеющую трёхмерное строение. Отдельные участки белковой молекулы связаны между собой с помощью ковалентных, водородных связей и электроосмотических сил.

4. Четвертичная структура белковой молекулы. Она возникает тогда, когда несколько молекул белка объединяются между собой, образуя одну молекулу. Многие биокатализаторы-ферменты имеют четвертичную структуру.

Определение и биологическая роль белков в жизненных явлениях

Лекция 2. Биохимия белков.

Строение белковой молекулы

Самая простая кислота Н₃С – NH₂

2. Вторичная структура белковой молекулы. Представляет собой нить белковой молекулы, закрученную в спираль.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Биохимия как базовая составляющая современной биологии.

Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живых организмов, и их превращениях.

Связь биохимии с другими дисциплинами.

Краткая история биохимии.

Основные достижения биологической химии.

1. Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живых организмов, и их превращениях.

Биологическая химия – это наука, изучающая химическое строение и функцию веществ, входящих в состав живых организмов, и их превращения в процессе жизнедеятельности.

Совокупность этих превращений находится в постоянной взаимосвязи с окружающей средой и обеспечивает функционирование живых организмов в условиях сбалансированности процессов синтеза и распада веществ в клетках и тканях.

Главной задачей биохимии является определение основных закономерностей биохимических процессов, выяснение взаимосвязи между структурой и функциями биомолекул, участвующих в реакциях клеточного метаболизма.

Сфера биохимии столь же широка, как сама жизнь. Всюду, где существует жизнь, протекают различные химические процессы. Биохимия изучает химию живой природы в широком диапазоне: в микроорганизмах, растениях, насекомых, рыбах, птицах, низших и высших млекопитающих, и в частности в организме человека. При этом необходимо иметь ввиду, что, несмотря на определенные различия в химическом составе и обмене веществ тех или иных видов живых организмов, существует биохимическое единство всех форм жизни.

Биохимию можно разделить на:

а) структурную – изучает химическое строение биомолекул;

б) метаболическую – изучает обмен веществ и энергии;

в) функциональную – изучает взаимосвязь между химическими превращениями веществ в организме и их биологическими функциями.

Кроме того, выделяют ряд разделов биохимии и по объектам исследования – медицинская биохимия, фармацевтическая биохимия, биохимическая экология, биохимическая фармакология и др.

2. Связь биохимии с другими дисциплинами.

Фундаментальная биохимия является основой для многих наук биологического профиля. Например, биохимия нуклеиновых кислот лежит в основе генетики; физиология, наука о функционировании организма, очень сильно перекрывается с биохимией; в иммунологии находит применение большое число биохимических методов. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии – метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате соответствующих ферментативных реакций. Различные яды влияют на биохимические реакции или процессы – эти вопросы составляют предмет токсикологии. В основе развития разных видов заболеваний лежит нарушение ряда биохимических процессов. Это обусловливает широкое использование биохимических подходов для изучения патогенеза различных заболеваний (например, воспалительные процессы, аллергические реакции, рак и др.). Успехи клеточной и генной инженерии в последние годы в значительной мере сблизили биохимию с зоологией и ботаникой.

3. Краткая история биохимии.

Как самостоятельная наука биохимия сформировалась на рубеже 19-20 в.в. До середины 19 в. биохимия существовала как раздел физиологии и называлась физиологической химией. Однако накопление фактического материала в области строения биологических молекул и структур, а также идентификация простейших метаболических процессов сыграли значительную роль в становлении биохимии как самостоятельной науки.

Изучение живой материи с химической стороны началось с того момента, когда возникла необходимость исследования составных частей живых организмов и совершающихся в них химических процессов в связи с запросами практической медицины и сельского хозяйства. Исследования средневековых алхимиков привели к накоплению большого фактического материала по природным органическим соединениям.

В 17-18 в.в. работали такие выдающиеся ученые как М.В. Ломоносов (1711-1765) и Антуан Лавуазье (1743-1794), открывшие закон сохранения материи (массы). А. Лавуазье внес важнейший вклад в развитие не только химии, но и в изучение биологических процессов. Он количественно исследовал и объяснил сущность дыхания, отметив роль кислорода в этом процессе (1772-1777). Одновременно им же, вместе с Пьером Лапласом (1749-1827), было показано, что процесс биологического окисления является и источником животной теплоты. Это открытие стимулировало исследования по энергетике метаболизма, в результате чего уже в начале 19 в. было определено количество тепла, выделяемого при сгорании 1 г. углеводов, жиров и белков.

Крупными событиями второй половины 18 в. стали исследования Рене Реомюра (1683-1757) и Ладзаро Спалланцани (1729-1799) по физиологии пищеварения. Эти исследователи впервые изучили действие желудочного сока животных на различные виды пищи (в основном мясо) и положили начало изучению ферментов пищеварительных соков. Однако, возникновение энзимологии (учения о ферментах) обычно связывают с именами Эдуарда Бухнера (1860-1917), который первым показал, что в водных экстрактах дрожжевых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт, а также Пейена и Персо, впервые изучивших действие фермента амилазы на крахмал in vitro . Важную роль сыграли работы Джозефа Пристли (1733-1804; в 1771 г. Д. Пристли показал, что животные и растения изменяют состав окружающего воздуха противоположным образом) и Яна Ингенхауза (обнаружил, что растения выделяют кислород только на свету; в 1796 г. Ингенхауз дал общее уравнение фотосинтеза: СО₂ + Н₂О = Растительные ткани + О₂), открывших явление фотосинтеза.

Успехи биохимии с самого начала были неразрывно связаны с развитием органической химии. Толчком к развитию химии природных соединений явились исследования шведского химика Карла Шееле (1742-1786). Он выделил из живых организмов и описал свойства целого ряда органических кислот – молочной, винной, лимонной, щавелевой, яблочной.

Большое значение имели исследования Йенса Берцелиуса (1779-1848) и Юстуса Либиха (1803-1873), закончившиеся разработкой в начале 19 в. методов количественного элементарного анализа органических соединений.

Вслед за этим начались попытки синтезировать природные органические вещества:

в 1828 г. – синтезирована мочевина;

в 1844 г. – синтезирована уксусная кислота;

в 1850 г. – синтезированы жиры, а в 1861 г. – углеводы.

Это имело большое значение, так как была показана возможность синтеза in vitro ряда органических веществ, входящих в состав животных тканей или же являющихся конечными продуктами обмена.

Во второй половине 18 в. – начале 19 в. были проведены и другие важные исследования:

из мочевых камней была выделена мочевая кислота;

из желчи выделен холестерин;

из меда выделены глюкоза и фруктоза;

из листьев зеленых растений выделен пигмент хлорофилл;

в составе мышц был открыт креатин.

Во Франции в лаборатории Клода Бернара (1813-1878) в составе ткани печени был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление.

В Германии в лаборатории Эмиля Фишера (1852-1919) были изучены структура и свойства белков, а также продуктов их гидролиза, кроме того, был проведен анализ аминокислот, жиров и липидов.

В 1836-1838 г.г. начали активно изучать процессы брожения после описания дрожжевых клеток (Ю. Либих, Л. Пастер, Э. Бухнер).

Подлинный расцвет биохимии наступил в 20 в. В самом начале его была экспериментально обоснована и сформулирована полипептидная теория строения белков (Э. Фишер, 1901-1902 г.г.). Расшифровывается первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура многих белков.

Блестящие работы Эрвина Чаргаффа (1905 г), Джеймса Уотсона (1928 г) и Френсиса Крика (1916 г) завершаются выяснением структуры ДНК. Устанавливается её роль в передаче наследственной информации. Расшифровывается РНК – аминокислотный код. Вводится понятие о молекулярных болезнях, связанных с определенными дефектами в структуре ДНК хромосомного аппарата клетки.

Фундаментальные исследования в области энзимологии, химии белков, липидов, углеводов, идентификация молекулярных механизмов основных обменных процессов, а также структуры и функций генома вывели биохимию на уровень основной количественной биологической науки.

4. Основные достижения биологической химии.

Биологическая химия изучает различные структуры, свойственные живым организмам и химические реакции, протекающие на клеточном и организменном уровнях. Основой жизни является совокупность химических реакций, обеспечивающих обмен веществ. Таким образом, биохимию можно считать основным языком всех биологических наук.

В настоящее время, как биологические структуры, так и обменные процессы, благодаря применению эффективных методов, изучены достаточно хорошо.

Можно суммировать основные достижения в области биохимии:

Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения, присутствующие в этих системах и установлена их структура.

Выяснены функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее сложных биомолекул. Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК – это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от ДНК информационной РНК, которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации исходно заключенной в ДНК можно представить в виде схемы:

ДНК РНК Белок

Выделены главные органеллы животных клеток, установлены их основные функции.

Показано, что почти все реакции, протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия.

Прослежены метаболические пути синтеза и распада основных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличается от путей его распада.

Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма.

В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию.

Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды.

Накоплено значительное количество данных о механизме действия основных гормонов.

Сейчас уже невозможно представить ни одну науку, которая бы не обходилась без достижений биохимии. Значение биологической химии нельзя не учитывать. Она имеет как научное, так и практическое значение.

Фармацевтическая промышленность использует результаты биохимических исследований для производства различных препаратов: витаминов, ферментов, кровоостанавливающих лекарств, антибиотиков и т. д.

В сельском хозяйстве биохимию используют для борьбы с насекомыми-вредителями, для создания удобрений, для селекции сортов растений и пород животных.

В генетике только благодаря использованию биохимических процессов и реакций возможно выделение генов, расшифровка генетического кода, воздействие на патологические гены с целью борьбы с генетическими заболеваниями.

В пищевой промышленности используют достижения биохимии для производства детского питания, для обработки продуктов, подлежащих консервированию, для производства кисломолочных продуктов.

Также биохимию использует такая наука как радиология. Есть даже отдельная наука – радиационная биохимия. Она изучает изменения обмена веществ, возникающие в организме при действии на него ионизирующего излучения.

Воздействие радиации на организм может вызвать биохимические процессы. Эти процессы могут привести к развитию лучевой болезни, рака, лейкозов, врождённых пороков развития у детей, бесплодия и ряд других заболеваний.

Соответственно можно полагать, что биохимия имеет большее влияние в медицине. В современной практике врачи проводят биохимические исследования крови, мочи, желудочного сока, спинномозговой жидкости и др. Теперь можно ставить диагноз сразу же после биохимических исследований, например, по таким заболеваниям как гепатита, почечной недостаточности, анемии, мочекаменной болезни, сахарного диабета и многих других.

Приоритетной задачей биохимии и молекулярной биологии является полная расшифровка и корректировка дефектов генетического аппарата.

Еще одной из приоритетных задач является овладение механизмом регуляции считки генетической информации, закодированной в ДНК. Есть еще одна проблема, это терапия ряда вирусных заболеваний (например, лейкоза). Эта проблема будет оставаться проблемой, пока не будет полностью ясен механизм взаимодействия вирусов (таких как онкогенных) с инфицируемой клеткой. В данное время множество лабораторий по всему миру занято этой проблемой.

2 Аминокислоты, их строение и свойства

Читайте также: