Биохимия

Биохи́мия (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) —

Биохимия — сравнительно молодая наука, которая находится на стыке биологии и химии^[2].

Как самостоятельная наука биохимия сформировалась примерно 100 лет назад, однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности, не подозревая, разумеется, об их истинной сущности. В самые отдалённые времена уже была известна технология таких основанных на биохимических процессах производств, как

В XVII веке ван Гельмонт ввёл в обиход термин фермент для обозначения химического реагента участвующего в процессе пищеварения^[5].

Изучение химии жизни уже в 1827 г. привело к принятому до сих пор разделению биологических молекул на

• биополимеры, превращения которых составляют химическую сущность биологических процессов, и биорегуляторы
  , которые химически регулируют обмен веществ.
  • Биохимия аминокислот — наука о химическом составе аминокислот^[18].
  • Биохимия белков — наука о химическом составе белков^[19].
  • Биохимия ферментов — наука о химическом составе ферментов^[20].
  • Биохимия углеводов — наука о химическом составе углеводов^[21].
  • Биохимия нуклеиновых кислот — наука о химическом составе нуклеиновых кислот^[22][23].
  • Биохимия нуклеотидов — наука о химическом составе нуклеотидов^[24][25].
  • Биохимия липидов — наука о действии липидов, их биологических эффектах, биохимических нарушениях при недостатке или избытке в организме^[26].
  • Биохимия витаминов — наука о действии витаминов, их биологических эффектах, биохимических нарушениях при недостатке или избытке в организме^[27][28].
  • Биохимия гормонов — наука о действии гормонов, их биологических эффектах, биохимических нарушениях при недостатке или избытке в организме^[29][30].
• Динамическая биохимия — изучает химические реакции, представляющие обмен веществ (метаболизм), а именно пути превращения молекул и механизмы происходящих между ними реакций^[31][32].
  • Молекулярная биология — наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, а в ряде случаев и достигающем этого предела.
  • Биоэнергетика — раздел динамической биохимии, который изучает закономерности образования, аккумуляции и потребления энергии в биологических системах.
• Функциональная биохимия — раздел биохимии, изучающий химические превращения, лежащие в основе функций органов, тканей и организма в целом^[33].
  • Биохимия микроорганизмов (Биохимия бактерий) — наука о составе и превращениях веществ в микроорганизмах^[34].
  • Биохимия растений — наука о молекулярных процессах, происходящие в растительном организме ^[35][36].
  • Биохимия животных — наука о молекулярных процессах, протекающих в клетках живых организмов^[37].
  • Биохимия человека — это раздел биохимии, который изучает закономерности обмена веществ в человеческом организме^[38].
    • Биохимия крови — наука о закономерностях обмена веществ в крови человека^[39][40].
    • Биохимия тканей — наука о закономерностях обмена веществ в тканях человека^[41].
    • Биохимия органов — наука о закономерностях обмена веществ в органах человека.
    • Медицинская биохимия — это раздел биохимии, который изучает закономерности обмена веществ в человеческом организме при заболеваниях^[42]
      .
    • Биохимия мышечной деятельности — это раздел биохимии, который изучает закономерности обмена веществ в человеческом организме при мышечной деятельности^[43][44][45].
      • Биохимия спорта — наука, выявляющая закономерности обмена веществ в человеческом организме при предельной по объёму и/или интенсивности мышечной деятельности^[46][47][48].

Методы изучения

В основе биохимической методологии лежит фракционирование, анализ, изучение структуры и свойств отдельных компонентов живого вещества. Методы биохимии преимущественно формировались в XX веке; наиболее распространёнными являются

А. Тизелиус, 1937 г., Нобелевская премия по химии 1948 г.)^[50][51]. Важным экспериментальным способом, позволяющим на атомарном уровне установить трехмерную структуру белка, является рентгеноструктурный, или кристаллографический, анализ, позволяющий определить пространственные координаты всех атомов исследуемого объекта. Впервые он был применен Джоном Кендрью и Максом Перутцом для исследования гемоглобина и миоглобина^[52][53]. Розалинд Франклин, успешная ученая-рентгенограф, совершенствовавшая технику микросъемки и добившаяся удивительных по четкости рентгенограмм молекул, способствовала открытию двойной спирали ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком^[54]

.

С конца XX в. в биохимии всё шире применяются методы

коэнзим, энзим — ингибитор^[51]

.

Необходимые химические элементы

Основная статья: Биологически значимые элементы

Из 90 химических элементов, встречающихся в естественном состоянии в природе, для поддержания жизни необходимо чуть больше четверти. Большинство редких элементов не являются необходимыми для поддержания жизни (исключениями являются селен и иод). Большинством живых организмов не используются также два распространённых элемента, алюминий и титан. Списки необходимых для живых организмов элементов различаются на уровне высших таксонов. Всем животным необходим натрий, но некоторые растения обходятся без него. Растениям необходим бор и кремний, а животным — нет (или необходим в ультрамикроскопических количествах). Всего шесть элементов (так называемые макронутриенты, или органогенные элементы) составляют до 99% от массы человеческого организма. Это углерод, водород, азот, кислород, кальций и фосфор. Кроме этих шести основных элементов, человеку необходимы малые или микроскопические количества ещё 19 элементов: натрий, хлор, калий, магний, сера, железо, фтор, цинк, кремний, медь, иод, бор, селен, никель, хром, марганец, молибден, кобальт^[56] и, как показано в 2014 году, бром^[57].

Биомолекулы

Четыре основных типа молекул, исследованием которых занимается биохимия — это

полимерами (макромолекулами), строительными «блоками» которых являются более простые биомолекулы. Например, полисахариды состоят из простых сахаров, белки из аминокислот, нуклеиновые кислоты из мононуклеотидов. Биологические полимеры часто составляют комплексы, строение которых неразрывно связано с их биологической функцией^[58]. В иерархии химической сложности живых систем макромолекулы стоят выше химических элементов, функциональных групп и простых биомолекул, а на следующих ступенях этой иерархии — метаболические пути, клетка, многоклеточные организмы и экосистемы^[59]

.

Углеводы

Основная статья: Углеводы

Простые углеводы или моносахариды, как например глюкоза (C₆H₁₂O₆), фруктоза (C₆H₁₂O₆)^[60], и дезоксирибоза (C₅H₁₀O₄) могут служить мономерами более сложных. Так во время синтеза молекулы дисахарида соединяются две молекулы моносахаридов и выделяется молекула воды. Полисахариды служат для аккумуляции энергии (крахмал у растений, гликоген у животных), а также как структурообразующие молекулы (например основным компонентом клеточных стенок растений является полисахарид целлюлоза, а хитин является структурным полисахаридом низших растений, грибов и беспозвоночных животных (в основном роговых оболочек членистоногих — насекомых и ракообразных)^[61].

Липиды

Основная статья: Липиды

триглицериды) жирных кислот. Жирные кислоты делятся на группы по длине углеводородной цепочки и по степени насыщенности (наличия и количества двойных связей в цепочке). Липиды служат у животных одними из основных энергоёмких молекул. Кроме того у них есть различные функции, связанные с передачей клеточных сигналов и переноса липофильных молекул^[62]

.

Белки

Основная статья: Белки

Белки как правило являются крупными молекулами — макробиополимерами. Их мономерами являются аминокислоты. Большинство организмов синтезируют белки из 20 разных типов аминокислот. Аминокислоты отличаются друг от друга заместителем в α-положении, строение которого имеет большое значение в свёртывании белка в трёхмерную структуру. Аминокислоты образуют между собой пептидные связи выстраивая при этом цепочку — полипептид. Сравнение последовательности аминокислот в белках позволяет биохимикам определить степень гомологичности двух (или более) белков^[63].

Функции белков в

иммунном ответе и в клеточном цикле. Многие белки, как ферменты так и структуральные белки, создают комплексы с небелковыми биомолекулами. Комплексы с олигосахаридами называются (в зависимости от сравнительной доли белка и полисахарида в комплексе) гликопротеинами или протеогликанами. Комплексы с липидами называются липопротеинами^[64]

.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновая кислота — это комплекс макромолекул, состоящий из полинуклеотидных цепочек. Основная функция нуклеиновых кислот это хранение и кодирование генетической информации. Нуклеиновая кислота синтезируется из макроэргических мононуклеозидтрифосфатов (АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ, УТФ), один из которых аденозинтрифосфат (АТФ), является также основной энергоёмкой молекулой всех живых организмов. Самыми распространёнными нуклеиновыми кислотами являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Нуклеиновые кислоты можно обнаружить во всех живых клетках от архей до эукариотов, а также в вирусах^[65]

.

Название «нуклеиновые кислоты» было дано этой группе биополимеров из-за их основного местонахождения — в клеточном ядре. Мономеры этих молекул называются нуклеотиды. Нуклеотиды состоят из трёх компонентов: азотистого основания (аденин, гуанин, цитозин присутствуют как в ДНК, так и в РНК, тимин — только в ДНК, урацил— только в РНК), моносахарида (рибозы в РНК или дезоксирибозы в ДНК) и остатка фосфорной кислоты^[66].

См. также

• Квантовая биохимия
• Медицинская биохимия
• Биохимик
• Биохимия пива

Примечания

1. ↑ Vasudevan, 2013, p. 3.
2. ↑ ^{1 2} Северин, 2003, с. 6.
3. ↑ Зубаиров Д. М. Вехи истории первой кафедры медицинской химии и физики в России (2007) Архивная копия от 23 декабря 2014 на Wayback Machine
4. Авиценна «Канон врачебной науки» [1] Архивная копия от 24 мая 2013 на Wayback Machine
5. ↑ Harré, R. Great Scientific Experiments (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 1983. — P. 33—35.
6. ↑ ^{1 2} Березов, 1998, p. 16.
7. ↑ William Prout
8. ↑ Бутлеров А. О химическом строении веществ // Учёные записки Казанского университета (отд. физ.-мат. и мед. наук). Вып.1, отд.1. — 1862. — С. 1—11.
9. ↑ ^{1 2} Березов, 1998, p. 17.
10. ↑ The Nobel Prize in Chemistry 1946  (неопр.). Дата обращения: 17 ноября 2014. Архивировано 23 июня 2018 года.
11. doi:10.1101/gad.1945410. — PMID 20810646. — PMC 2932968
    .
12. doi:10.1038/1921227a0. — PMID 13882203. Архивировано
    3 марта 2016 года.
13. doi:10.1073/pnas.27.11.499. — PMID 16588492. — PMC 1078370. Архивировано 24 сентября 2015 года.[2] Архивная копия от 20 января 2022 на Wayback Machine
14. ↑ Butler, John M. Fundamentals of Forensic DNA Typing (англ.). — Academic Press, 2009. — P. 5. — ISBN 978-0-08-096176-7.
15. ↑ Andrew Fire, Siqun Xu, Mary K. Montgomery, Steven A. Kostas, Samuel E. Driver und Craig C. Mello: Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. In: Nature. Band 391, 1998, S. 806—811, PMID 9486653 PDF Архивировано 12 января 2006 года.
16. doi:10.1089/dna.2006.0567. — PMID 17465885
    .
17. ↑ Р. Марри и др. Биохимия человека. Т. 1. — М., 1993. — с. 10.
18. ↑ Майстер А. Биохимия аминокислот : [монография] / Под ред. и с предисл.: А. Е. Браунштейн; пер. с англ.: Г. Я. Виленкина — М.: Иностр. лит., 1961 . — 530 с.
19. ↑ Синютина С. Е. Биохимия белков и ферментов. — Тамбов: ТГУ им. Г. Р. Державина, 2010.
20. ↑ Химия и биохимия ферментов: [Сб. статей]. — К.: Наук. думка, 1981. — 90 с.: ил.; 26 см. — (Биохимия животных и человека : Респ. межвед. сб. / АН УССР, Ин-т биохимии им. А. В. Палладина; Вып. 5).
21. ↑ Химия и биохимия углеводов: Учеб. пособие. — Владивосток : Изд-во ДВГАЭУ, 1999. — 56 с.
22. ↑ Дэвидсон Дж. Биохимия нуклеиновых кислот / Пер. с англ. к. ф.-м. н. В. В. Борисова; Под ред. и с предисл. А. А. Баева. — М.: Мир, 1976. — 412 с.
23. ↑ Терентьева Н. А. Химия и биохимия нуклеиновых кислот: учебное пособие. — Владивосток: Дальнаука, 2011. — 268 с.
24. ↑ Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов (полисахариды): Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. Школа, 1978. — 256 с.
25. ↑ Соболев А. С. Радиационная биохимия циклических нуклеотидов. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 100 с.
26. ↑ Препаративная биохимия липидов / [Л. Д. Бергельсон, Э. В. Дятловицкая, Ю. Г. Молотковский и др.; Отв. ред. Л. Д. Бергельсон, Э. В. Дятловицкая]. — М.: Наука, 1981. — 259 с.
27. ↑ Иваненко Е. Ф. Биохимия витаминов: [Учеб. пособие для биол. специальностей вузов]. — К.: Вища школа, 1970. — 210 с.
28. ↑ Биохимия витаминов : учебно-методическое пособие для студентов / А. И. Конопля, Н. А. Быстрова. Курск: КГМУ, 2012.
29. ↑ Биохимия гормонов и гормональной регуляции: монография / [С. А. Афиногенова, А. А. Булатов, В. Н. Гончарова и др.; Отв. ред. акад. Н. А. Юдаев]. — М.: Наука, 1976. — 379 с.
30. ↑ Шушкевич Н. И. Биохимия гормонов : учебное пособие по медицинской биохимии. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2009. — 67 с.
31. ↑ Гофман Э. Г. Динамическая биохимия / Пер. с нем. канд. мед. наук А. И. Арчакова и канд. мед. наук В. М. Девиченского; Под ред. и с предисл. д-ра мед. наук проф. Л. Ф. Панченко. — М.: Медицина, 1971. — 311 с.
32. ↑ Динамическая биохимия: учебное пособие / [В. Е. Толпекин и др.]. — М.: Изд-во МАИ-Принт, 2011. — 71 с.
33. ↑ Гомазков О. А. Функциональная биохимия регуляторных пептидов: монография. — М.: Наука, 1992. — 159, [1] с.
34. ↑ Неверова О. А. Биохимия микроорганизмов: учебное пособие: для студентов вузов / О. А. Неверова; Федер. агентство по образованию, Кемер. технол. ин-т пищевой пром-ти. — Кемерово: КемТИПП, 2005. — 83 с.
35. ↑ Клетович В. Л. Биохимия растений: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1986. — 503 с.
36. ↑ Биохимия растений / Г.-В. Хелдт; пер. с англ. — 2-е изд. (эл.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 471 с.: ил. — (Лучший зарубежный учебник)  (неопр.). Дата обращения: 16 июля 2017. Архивировано 10 декабря 2017 года.
37. ↑ Рогожин В. В. Биохимия животных: Учебник. — СПб.: ГИОРД, 2009. — 552 с: ил. ISBN 978-5-98879-074-7
38. ↑ Биохимия человека: [Учеб.]: В 2 тт. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл; Пер. с англ. к. ф.-м. н. В. В. Борисова и Е. В. Дайниченко Под ред. д. х. н. Л. М. Гинодмана. — М. : Мир, 2004.
39. ↑ Наточин Ю. В. Биохимия крови и диагностика / Клинич. б-ца РАМН. — СПб. : Б. и., 1993. — 149 с.
40. ↑ Барышева Е. С. Биохимия крови : лабораторный практикум/ Барышева Е. С., Бурова К. М. — Электрон. текстовые данные. — Оренбург: Оренбургский государственный университет, ЭБС АСВ, 2013. — 141 c.
41. ↑ Языкова М. Ю. Биохимия тканей: учебное пособие для студентов, обучающихся по биологическим специальностям / М. Ю. Языкова. — Самара: Самарский университет, 2004. — 75 с.
42. ↑ Солвей Дж. Г. Наглядная медицинская биохимия: [учеб. пособие] / пер. с англ. А. П. Вабищевич, О. Г. Терещенко; под ред. Е. С. Северина. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. — 168 с. ISBN 978-5-9704-2037-9
43. ↑ Калинский М. И. Биохимия мышечной деятельности. — К.: Здоровья, 1989. — 143 с.
44. ↑ Биохимия мышечной деятельности: Учеб. для студентов вузов физ. воспитания и спорта / Н. И. Волков, Э. Н. Несен, А. А. Осипенко, С. Н. Корсун. — К.: Олимп. лит., 2000. — 502,[1] с.
45. ↑ Мохан Р. Биохимия мышечной деятельности и физической тренировки / Рон Мохан, Майкл Глессон, Пауль Л. Гринхафф; [Пер. с англ. Валерий Смульский]. — К.: Олимп. лит., 2001. — 295 с.
46. ↑ Яковлев Н. Н. Биохимия спорта. — М.: Физкультура и спорт, 1974. — 288 с.
47. ↑ Михайлов С. С. Спортивная биохимия: учебник / С. С. Михайлов. — 6-е изд., стер. — М.: Советский спорт, 2010. — 347 с.
48. ↑ Михайлов С. С. Биохимия двигательной деятельности: учебник / С. С. Михайлов. — М.: Спорт, 2016. — 292 с.
49. ↑ Березов, 1998, p. 26.
50. ↑ Березов, 1998, p. 30-32.
51. ↑ ^{1 2} Monique Laberge. Biochemistry. — USA: Infobase Publishing, 2008. — С. 4. — 112 с. — ISBN 97807910196932.
52. doi:10.1038/185416a0. — PMID 18990801. [исправить
    ]
53. doi:10.1038/185422a0. — PMID 18990802. [исправить
    ]
54. doi:10.1038/171737a0. — Bibcode: 1953Natur.171..737W. — PMID 13054692
    .
55. ↑ Koonin E., Galperin M. Sequence — Evolution — Function.
56. ↑ Ultratrace minerals. Authors: Nielsen, Forrest H. USDA, ARS Source: Modern nutrition in health and disease / editors, Maurice E. Shils … et al.. Baltimore : Williams & Wilkins, c1999., p. 283-303. Issue Date: 1999 URI: [3] Архивная копия от 16 марта 2020 на Wayback Machine
57. doi:10.1016/j.cell.2014.05.009. — PMID 24906154
    .
58. ↑ Monique Laberge. Biochemistry. — USA: Infobase Publishing, 2008. — С. 2. — 112 с. — ISBN 97807910196932.
59. ↑ Новая медицинская энциклопедия Биохимия Архивная копия от 16 июля 2021 на Wayback Machine
60. ↑ Whiting, G.C. Sugars // The Biochemistry of Fruits and their Products (англ.) / A.C. Hulme. — London & New York: Academic Press, 1970. — Vol. Volume 1. — P. 1—31.
61. ↑ Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков. Биоорганическая химия. — 1-е изд. — М.: Медицина, 1985. — С. 349—400. — 480 с. — (Учебная литература для студентов медицинских институтов). — 75 000 экз.
62. ↑ Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry (англ.). — 5th. — W. H. Freeman^[англ.], 2008. — ISBN 978-0-7167-7108-1.
63. ↑ Общая биология. Учебник для 9 — 10 классов средней школы. Под ред. Ю. И. Полянского. Изд. 17-е, перераб. — М.: Просвещение, 1987. — 288 с.
64. ↑ А. Н. Несмеянов, Н. А. Несмеянов. Начала органической химии. Книга вторая  (неопр.) 221. Дата обращения: 26 декабря 2012. Архивировано 27 декабря 2012 года.
65. ↑ Collier, 1998, pp. 96—99.
66. ↑ Tropp, 2012, pp. 5–9.

Литература

• Марри Р. Биохимия человека. / Р. Марри и др. — М., 1993.
• Введение в биохимическую экологию. — М.: Издательство Московского университета, 1986.
• Fromm, Herbert J.; Hargrove, Mark. Essentials of Biochemistry (англ.). — Springer, 2012. — ISBN 978-3-642-19623-2.
• Hunter, Graeme K. Vital Forces: The Discovery of the Molecular Basis of Life (англ.). — Academic Press, 2000. — ISBN 978-0-12-361811-5.
• Tropp, Burton E. Molecular Biology. — 4th. — Jones & Bartlett Learning, 2012. — ISBN 978-1-4496-0091-4.
• Damodaran M. Vasudevan, et al. Textbook of Biochemistry for Medical Students. — 7th. — JP Medical Publishers, 2013. — ISBN 978-9-3509-0530-2.
• Leslie Collier, Balows, Albert, Sussman, Max. Topley and Wilson’s Microbiology and Microbial Infections / Mahy, Brian and Collier, Leslie. Arnold. — 9th ed.. — Virology, 1998. — Т. 1. — ISBN 0-340-66316-2.
• Северин, Е. С. Биохимия: Учеб. для вузов / Под ред. Е.С. Северина. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2003. — 779 с. — ISBN 5-9231-0254-4.
• Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник. — 3-е изд. — М.: Медицина, 1998. — 704 с. — ISBN 5-225-02709-1.
• Николаев А. Я. Биологическая химия. — Высшая школа, 1989. — 495 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-06-001400-2.

Ссылки

• Ян Кольман, Клаус-Генрих Рем, Юрген Вирт Наглядная биохимия
• Berg et al. Biochemistry
• Lodish et al. Molecular Cell Biology
• Видеолекции по Биохимии
• Видеоматериалы по Биохимии
• Gerhard Michal‏, Dietmar Schombur. Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology. — Hoboken, New Jersey: Wiley, 2012. — 401 с. — ISBN 9780470146842.
• Биохимия. Рубрика «Наука»  (неопр.). ТАСС. — Читать все последние новости на тему. Дата обращения: 7 августа 2023.

Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии.