БИОХИМИЯ (биологическая химия), наука, изучающая химический состав живых объектов, строение и пути превращения природных соединений в клетках, органах, тканях и целых организмах, а также физиологическую роль отдельных химических превращений и закономерности их регулирования. Термин «биохимия» введён немецким учёным К. Нейбергом в 1903 году. Предмет, задачи и методы исследования биохимии относятся к изучению всех проявлений жизни на молекулярном уровне; в системе естественных наук она занимает самостоятельную область, относящуюся в равной степени как к биологии, так и к химии. Биохимию традиционно подразделяют на статическую, занимающуюся анализом строения и свойств всех органических и неорганических соединений, входящих в состав живых объектов (клеточных органелл, клеток, тканей, органов); динамическую, изучающую всю совокупность превращений отдельных соединений (обмен веществ и энергии); функциональную, исследующую физиологическую роль молекул отдельных соединений и их превращений при определённых проявлениях жизнедеятельности, а также сравнительную и эволюционную биохимию, определяющую сходство и различия состава и обмена веществ у организмов, принадлежащих к разным таксономическим группам. В зависимости от объекта исследования выделяют биохимию человека, растений, животных, микроорганизмов, крови, мышц, нейрохимию и пр., а по мере углубления знаний и их специализации самостоятельными разделами становятся энзимология, изучающая строение и механизм действия ферментов, биохимия углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, мембран. Исходя из целей и задач, биохимию часто делят на медицинскую, сельскохозяйственную, техническую, биохимию питания и пр.
Формирование биохимии в 16—19 веках. Становление биохимии как самостоятельной науки тесно связано с развитием других естественнонаучных дисциплин (химия, физика) и медицины. Существенный вклад в развитие химии и медицины в 16 - 1-й половине 17 века внесла ятрохимия. Её представители исследовали пищеварительные соки, жёлчь, процессы брожения и др., ставились вопросы о превращениях веществ в живых организмах. Парацелъс пришёл к выводу, что процессы, происходящие в организме человека, являются химическими процессами. Я. Сильвиус большое значение придавал правильному соотношению в организме человека кислот и щелочей, нарушение которого, как он полагал, лежит в основе многих заболеваний. Я. Б. ван Гельмонт пытался установить, за счёт чего создаётся вещество растений. В начале 17 века итальянский учёный С. Санторио с помощью специально сконструированной им камеры пытался установить соотношение количества принимаемой пищи и выделений человека.
Научные основы биохимии были заложены во 2-й половине 18 века, чему способствовали открытия в области химии и физики (в том числе открытие и описание ряда химических элементов и простых соединений, формулировка газовых законов, открытие законов сохранения и превращения энергии), использование химических методов анализа в физиологии. В 1770-х годах А. Лавуазье сформулировал идею о сходстве процессов горения и дыхания; установил, что дыхание человека и животных с химической точки зрения представляет собой процесс окисления. Дж. Пристли (1772) доказал, что растения выделяют кислород, необходимый для жизни животных, а голландский ботаник Я. Ингенхауз (1779) установил, что очищение «испорченного» воздуха производится только зелёными частями растений и только на свету (этими работами было положено начало изучению фотосинтеза). Л. Спалланцани предложил рассматривать пищеварение как сложную цепь химических превращений. К началу 19 века из природных источников был выделен ряд органических веществ (мочевина, глицерин, лимонная, яблочная, молочная и мочевая кислоты, глюкоза и др.). В 1828 году Ф. Вёлер впервые осуществил химический синтез мочевины из цианата аммония, развенчав тем самым господствовавшее до этого времени представление о возможности синтеза органических соединений только живыми организмами и доказав несостоятельность витализма. В 1835 году И. Берцелиус ввёл понятие катализа; он постулировал, что брожение - каталитический процесс. В 1836 году голландский химик Г. Я. Мульдер впервые предложил теорию строения белковых веществ. Постепенно происходило накопление данных о химическом составе растительных и животных организмов и протекающих в них химических реакциях, к середине 19 века описан ряд ферментов (амилаза, пепсин, трипсин и др.). Во 2-й половине 19 века были получены некоторые сведения о структуре и химических превращениях белков, жиров и углеводов, фотосинтезе. В 1850-55 годах К. Бернар выделил гликоген из печени и установил факт его превращения в глюкозу, поступающую в кровь. Работами И. Ф. Мишера (1868) было положено начало изучению нуклеиновых кислот. В 1870 году Ю. Либих сформулировал химическую природу действия ферментов (основные её принципы сохраняют своё значение и в наши дни); в 1894 году Э. Г. Фишер впервые использовал ферменты в качестве биокатализаторов химических реакций; он пришёл к заключению, что субстрат соответствует ферменту как «ключ замку». Л. Пастер сделал вывод о том, что брожение - биологический процесс, для осуществления которого необходимы живые дрожжевые клетки, отвергнув тем самым химическую теорию брожения (Й. Берцелиус, Э. Митчерлих, Ю. Либих), в соответствии с которой сбраживание сахаров - сложная химическая реакция. Ясность в этот вопрос была окончательно внесена после того, как Э. Бухнер (1897, совместно с братом, Г. Бухнером) доказал способность экстракта клеток микроорганизмов вызывать брожение. Их работы способствовали познанию природы и механизма действия ферментов. Вскоре А. Гарден установил, что брожение сопровождается включением фосфата в соединения углеводов, что послужило толчком к выделению и идентификации фосфорных эфиров углеводов и пониманию их ключевой роли в биохимических превращениях.
Развитие биохимии в России в этот период связано с именами А. Я. Данилевского (изучал белки и ферменты), М. В. Ненцкого (исследовал пути образования мочевины в печени, структуру хлорофилла и гемоглобина), В. С. Гулевича (биохимия мышечной ткани, экстрактивные вещества мышц), С. Н. Виноградского (открыл хемосинтез у бактерий), М. С. Цвета (создал метод хроматографического анализа), А. И. Баха (перекисная теория биологического окисления) и др. Российский врач Н. И. Лунин проложил путь к изучению витаминов, экспериментально доказав (1880) необходимость для нормального развития животных особых веществ (помимо белков, углеводов, жиров, солей и воды). В конце 19 века сформировались представления о сходстве основных принципов и механизмов химических превращений у различных групп организмов, а также об особенностях их обмена веществ (метаболизма).
Накопление большого количества сведений относительно химического состава растительного и животных организмов и протекающих в них химических процессов привело к необходимости систематизации и обобщения данных. Первой работой в этом направлении стал учебник И. Зимона («Handbuch der angewandten medicinischen Chemie», 1842). В 1842 году появилась монография Ю. Либиха «Die Tierchemie oder die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Physiologie und Pathologie». Первый отечественный учебник физиологической химии был издан профессором Харьковского университета А. И. Ходневым в 1847 году. Периодические издания регулярно начали выходить с 1873 года. Во 2-й половине 19 века на медицинских факультетах многих российских и зарубежных университетов были организованы специальные кафедры (первоначально их называли кафедрами медицинской или функциональной химии). В России впервые кафедры медицинской химии были созданы А. Я. Данилевским в Казанском университете (1863) и А. Д. Булыгинским (1864) на медицинском факультете Московского университета.
Биохимия в 20 веке . Становление современной биохимии произошло в 1-й половине 20 века. Его начало отмечено открытием витаминов и гормонов, определена их роль в организме. В 1902 году Э. Г. Фишер первым синтезировал пептиды, установив тем самым природу химической связи между аминокислотами в белках. В 1912 году польский биохимик К. Функ выделил вещество, предотвращающее развитие полиневрита, и назвал его витамином. После этого постепенно были открыты многие витамины, и витаминология стала одним из разделов биохимии, а также науки о питании. В 1913 году Л. Михаэлисом и М. Ментен (Германия) были разработаны теоретические основы ферментативных реакций, сформулированы количественные закономерности биологического катализа; установлена структура хлорофилла (Р. Вильштеттер, А. Штоль, Германия). В начале 1920-х годов А. И. Опарин сформулировал общий подход к химическому пониманию проблемы возникновения жизни. Впервые были получены в кристаллическом виде ферменты уреаза (Дж. Самнер, 1926), химотрипсин, пепсин и трипсин (Дж. Нортроп, 1930-е годы), что послужило доказательством белковой природы ферментов и толчком для быстрого развития энзимологии. В эти же годы Х. А. Кребс описал механизм синтеза мочевины у позвоночных в ходе орнитинового цикла (1932); А. Е. Браунштейн (1937, совместно с М. Г. Крицман) открыл реакцию переаминирования как промежуточное звено биосинтеза и распада аминокислот; О. Г. Варбург выяснил природу фермента, реагирующего с кислородом в тканях. В 1930-х годах завершился основной этап изучения природы основополагающих биохимических процессов. Установлена последовательность реакций распада углеводов в ходе гликолиза и брожения (О. Мейергоф, Я. О. Парнас), превращения пировиноградной кислоты в циклах ди- и трикарбоновых кислот (А. Сент-Дъёрдъи, Х. А. Кребс, 1937), открыто фоторазложение воды (Р. Хилл, Великобритания, 1937). Работами В. И. Палладина, А. Н. Баха, Г. Виланда, шведского биохимика Т. Тунберга, О. Г. Варбурга и английского биохимика Д. Кейлина заложены основы современных представлений о внутриклеточном дыхании. Из мышечных экстрактов были выделены аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат. В СССР работами В. А. Энгельгардта (1930) и В. А. Белицера (1939) по окислительному фосфорилированию и количественной характеристике этого процесса было положено начало современной биоэнергетике. Позднее Ф. Липман разработал представления о богатых энергией фосфорных соединениях, установил центральную роль АТФ в биоэнергетике клетки. Открытие ДНК у растений (российские биохимики А. Н. Белозерский и А. Р. Кизель, 1936) способствовало признанию биохимического единства растительного и животного мира. В 1948 году А. А. Красновский открыл реакцию обратимого фотохимического восстановления хлорофилла, значительные успехи были достигнуты в выяснении механизма фотосинтеза (М. Калвин).
Дальнейшее развитие биохимии связано с изучением структуры и функции ряда белков, разработкой основных положений теории ферментативного катализа, установлением принципиальных схем обмена веществ и др. Прогресс биохимии во 2-й половине 20 века в значительной степени обусловлен развитием новых методов. Благодаря усовершенствованию методов хроматографии и электрофореза стала возможной расшифровка последовательностей аминокислот в белках и нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Рентгеноструктурный анализ позволил определить пространственную структуру молекул ряда белков, ДНК и других соединений. С помощью электронной микроскопии были открыты ранее неизвестные клеточные структуры, благодаря ультрацентрифугированию выделены различные клеточные органеллы (в том числе ядро, митохондрии, рибосомы); использование изотопных методов дало возможность понять сложнейшие пути превращения веществ в организмах и т. д. Важное место в биохимических исследованиях заняли различные виды радио- и оптической спектроскопии, масс-спектроскопии. Л. Полинг (1951, совместно с Р. Кори) сформулировал представления о вторичной структуре белка, Ф. Сенгер расшифровал (1953) структуру белкового гормона инсулина, а Дж. Кендрю (1960) определил пространственную структуру молекулы миоглобина. Благодаря усовершенствованию методов исследования было внесено много нового в представления о структуре ферментов, формировании их активного центра, об их работе в составе сложных комплексов. После установления роли ДНК как вещества наследственности (О. Эвери, 1944) особое внимание обращается на нуклеиновые кислоты и их участие в процессе передачи признаков организма по наследству. В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель пространственной структуры ДНК (так называемая двойная спираль), увязав её строение с биологической функцией. Это событие явилось переломным моментом в развитии биохимии и биологии в целом и послужило основанием для выделения из биохимии новой науки - молекулярной биологии. Исследования по структуре нуклеиновых кислот, их роли в биосинтезе белка и явлениях наследственности связаны также с именами Э. Чаргаффа, А. Корнберга, С. Очоа, Х. Г. Корана, Ф. Сенгера, Ф. Жакоба и Ж. Моно, а также российских учёных А. Н. Белозерского, А. А. Баева, Р. Б. Хесина-Лурье и др. Изучение структуры биополимеров, анализ действия биологически активных низкомолекулярных природных соединений (витамины, гормоны, алкалоиды, антибиотики и др.) привели к необходимости установления связи между строением вещества и его биологической функцией. В связи с этим получили развитие исследования на грани биологической и органической химии. Это направление стало называться биоорганической химией. В 1950-х годах на стыке биохимии и неорганической химии как самостоятельная дисциплина сформировалась бионеорганическая химия.
К числу несомненных успехов биохимии относятся: открытие участия биологических мембран в генерации энергии и последующие исследования в области биоэнергетики; установление путей превращения наиболее важных продуктов обмена веществ; познание механизмов передачи нервного возбуждения, биохимических основ высшей нервной деятельности; выяснение механизмов передачи генетической информации, регуляции важнейших биохимических процессов в живых организмах (клеточная и межклеточная сигнализация) и многие другие.
Современное развитие биохимии. Биохимия является неотъемлемой частью физико-химической биологии - комплекса взаимосвязанных и тесно переплетённых между собой наук, который включает также биофизику, биоорганическую химию, молекулярную и клеточную биологию и др., изучающих физические и химические основы живой материи. Биохимические исследования охватывают широкий круг проблем, решение которых осуществляется на стыке нескольких наук. Например, биохимическая генетика изучает вещества и процессы, участвующие в реализации генетической информации, а также роль различных генов в регуляции биохимических процессов в норме и при различных генетических нарушениях метаболизма. Биохимическая фармакология исследует молекулярные механизмы действия лекарственных средств, способствуя разработке более совершенных и безопасных препаратов, иммунохимия - структуру, свойства и взаимодействия антител (иммуноглобулинов) и антигенов. На современном этапе биохимия характеризуется активным привлечением широкого методического арсенала смежных дисциплин. Даже такой традиционный раздел биохимии, как энзимология, при характеристике биологической роли конкретного фермента, редко обходится без направленного мутагенеза, выключения гена, кодирующего исследуемый фермент в живых организмах, или, наоборот, его повышенной экспрессии.
Хотя основные пути и общие принципы обмена веществ и энергии в живых системах можно считать установленными, множество деталей метаболизма и особенно его регуляции остаются неизвестными. Особенно актуально выяснение причин нарушений метаболизма, приводящих к тяжёлым «биохимическим» болезням (различные формы диабета, атеросклероз, злокачественное перерождение клеток, нейродегенеративные заболевания, циррозы и многие др.), и научное обоснование его направленной коррекции (создание лекарственных средств, диетические рекомендации). Использование биохимических методов позволяет выявить важные биологические маркеры различных заболеваний и предложить эффективные способы их диагностики и лечения. Так, определение в крови кардиоспецифичных белков и ферментов (тропонин Т и изофермент креатинкиназы миокарда) позволяет осуществлять раннюю диагностику инфаркта миокарда. Важная роль отводится биохимии питания, изучающей химические и биохимические компоненты пищи, их ценность и значение для здоровья человека, влияние хранения пищевых продуктов и их обработки на качество пищи. Системный подход в изучении всей совокупности биологических макромолекул и низкомолекулярных метаболитов конкретной клетки, ткани, органа или организма определённого вида привёл к появлению новых дисциплин. К их числу относятся геномика (исследует всю совокупность генов организмов и особенности их экспрессии), транскриптомика (устанавливает количественный и качественный состав молекул РНК), протеомика (анализирует всё многообразие белковых молекул, характерных для организма) и метаболомика (изучает все метаболиты организма или его отдельных клеток и органов, образующиеся в процессе жизнедеятельности), активно использующие биохимическую стратегию и биохимические методы исследований. Получила развитие прикладная область геномики и протеомики - биоинженерия, связанная с направленным конструированием генов и белков. Названные выше направления порождены в равной мере биохимией, молекулярной биологией, генетикой и биоорганической химией.
Научные учреждения, общества и периодические издания . Научные исследования в области биохимии проводятся во многих специализированных научно-исследовательских институтах и лабораториях. В России они находятся в системе РАН (в том числе Институт биохимии, Институт эволюционной физиологии и биохимии, Институт физиологии растений, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов, Сибирский институт физиологии и биохимии растений, Институт молекулярной биологии, Институт биоорганической химии), отраслевых академий (в том числе Институт биомедхимии РАМН), ряда министерств. Работы по биохимии ведутся в лабораториях и на многочисленных кафедрах биохимических вузов. Специалистов-биохимиков и за рубежом, и в Российской Федерации готовят на химических и биологических факультетах университетов, имеющих специальные кафедры; биохимиков более узкого профиля - в медицинских, технологических, сельскохозяйственных и других вузах.
В большинстве стран существуют научные биохимические общества, объединённые в Европейскую федерацию биохимиков (Federation of European Biochemical Societies, FEBS) и в Международный союз биохимиков и молекулярных биологов (International Union of Biochemistry, IUBMB). Эти организации собирают симпозиумы, конференции, а также конгрессы. В России Всесоюзное биохимическое общество с многочисленными республиканскими и городскими отделениями было создано в 1959 году (с 2002 года Общество биохимиков и молекулярных биологов).
Велико количество периодических изданий, в которых публикуются работы по биохимии. Наиболее известны: «Journal of Biological Chemistry» (Balt., 1905), «Biochemistry» (Wash., 1964), «Biochemical Journal» (L., 1906), «Phytochemistry» (Oxf.; N. Y., 1962), «Biochimica et Biophisica Acta» (Amst., 1947) и многие др.; ежегодники: «Annual Review of Biochemistry» (Stanford, 1932), «Advances in Enzymology and Related Subjects of Biochemistry» (N. Y., 1945), «Advances in Protein Chemistry» (N.Y., 1945), «Febs Journal» (первоначально «European Journal of Biochemistry», Oxf., 1967), «Febs letters» (Amst., 1968), «Nucleic Acids Research» (Oxf., 1974), «Biochimie» (Р., 1914; Amst., 1986), «Trends in Biochemical Sciences» (Elsevier, 1976) и др. В России результаты экспериментальных исследований печатаются в журналах «Биохимия» (М., 1936), «Физиология растений» (М., 1954), «Журнал эволюционной биохимии и физиологии» (СПб., 1965), «Прикладная биохимия и микробиология» (М., 1965), «Биологические мембраны» (М., 1984), «Нейрохимия» (М., 1982) и др., обзорные работы по биохимии - в журналах «Успехи современной биологии» (М., 1932), «Успехи химии» (М., 1932) и др.; ежегодник «Успехи биологической химии» (М., 1950).
Лит.: Джуа М. История химии. М., 1975; Шамин А. М. История химии белка. М., 1977; он же. История биологической химии. М., 1994; Основы биохимии: В 3 т. М., 1981; Страйер Л. Биохимия: В 3 т. М., 1984-1985; Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. М., 1985; Азимов А. Краткая история биологии. М., 2002; Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М., 2002; Berg J.М., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochemistry. 5th ed. N. Y., 2002; Биохимия человека: В 2 т. 2-е изд. М., 2004; Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. 3-е изд. М., 2004; Voet D., VoetJ. Biochemistry. 3rd ed. N. Y., 2004; Nelson D. L., Cox М. М. Lehninger principles of biochemistry. 4th ed. N. Y., 2005; Elliott W., Elliott D. Biochemistry and molecular biology. 3rd ed. Oxf., 2005; Garrett R.Н., Grisham С. М. Biochemistry. 3rd ed. Belmont, 2005.
А. Д. Виноградов, А. Е. Медведев.
БИОХИМИЯ. Лекция № 1. Биохимия как наука. Структура и функции основных веществ в организме. Предмет и методы исследований в биохимии. Обзор основных классов органических веществ, их роль в гомеостазе.
Биохимия (от греч. βίος - «жизнь» и егип. kēme - «Земля», также биологическая или физиологическая химия) - наука о химическом составе организмов и их составных частей и о химических процессах, протекающих в организмах. Наука имеет дело со структурой и функцией веществ, являющихся компонентами клеток и входящих в состав организма, таких как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Биохимия стремится отвечать на биологические и биохимические вопросы с помощью химических методов.
Биохимия – сравнительно молодая наука, возникшая на стыке биологии и химии в конце 19 века. Она изучает процессы развития и функционирования организмов на языке молекул, структуру и химические процессы, которые обеспечивают жизнь одно- и многоклеточных существ, населяющих Землю. Выдающиеся открытия в области учения о ферментах, биохимической генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики превратили биохимию в фундаментальную дисциплину, позволяющую решать многие важные проблемы биологии и медицины.
Хотя существует широкий ряд различных биомолекул, многие из них являются полимерами, т.е. сложными большими молекулами, состоящими из многих подобных субъединиц, мономеров. Каждый класс полимерных биомолекул имеет собственный набор типов этих субъединиц. Например, белки являются полимерами, состоящими из аминокислот. Биохимия изучает химические свойства важных биологических молекул, таких как белки, в частности химию реакций, катализируемых ферментами.
Кроме того, большая часть исследований по биохимии имеет дело с метаболизмом клетки и его эндокринной и паракринной регуляцией. Другие области биохимии включают исследование генетического кода ДНК и РНК, биосинтез белков, транспорта через биологические мембраны и передачу сигналов.
Основы биохимии были заложены в середине 19-го века, когда такие ученые как Фридрих Вьолер и Ансельм Паен сумели впервые описать химические процессы в живых организмах и показать, что они не отличаются от обычных химических процессов. Многие работы в начале 20-го века привели к пониманию структуры белков, стало возможным проведение биохимических реакций (спиртового брожения) за пределами клетки и т. д. В тоже время начал применяться и сам термин «биохимия». Основы биохимии в Украине заложил Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах прошлого столетия.
История
К началу 19 века существовала общая уверенность, что жизнь не подлежит физическим и химическим законам, присущим неживой природе. Считалось, что только живые организмы способны производить молекулы, характерные для них. Лишь в 1828 году Фридрих Велер опубликовал работу о синтезе мочевины, осуществленный в лабораторных условиях, доказав, что органические соединения могут быть созданы искусственно. Это открытие нанесло серьезное поражение ученым-виталистам, отрицавшим такую возможность.
К тому времени уже существовал фактический материал для первичных биохимических обобщений, который накапливался в связи с практической деятельностью людей, направленной на изготовление еды и вина, получения пряжи из растений, очистку кожи от шерсти с помощью микробов, на изучение состава и свойств мочи и других выделений здорового и больного человека. После работ Велера постепенно начали устанавливаться такие научные понятия, как дыхание, брожение, ферментация, фотосинтез. Изучение химического состава и свойств соединений, выделенных из животных и растений, становится предметом органической химии (химии органических соединений).
Рождение биохимии также ознаменовалося открытием первого фермента, диастаза (сейчас известного как амилаза) в 1833 году Ансельмом Паеном. Трудности, связанные с получением ферментов из тканей и клеток, использовались сторонниками витализма для утверждения о невозможности изучения клеточных ферментов вне живых существ. Это утверждение было опровергнуто русским врачом М. Манассеиной (1871 - 1872), которая предложила возможность наблюдать спиртовое брожение в экстрактах растертых (т.е. лишенных структурной целостности) дрожжей. В 1896 году эта возможность была подтверждена немецким ученым Эдуардом Бухнером, сумевшим экспериментально воссоздать этот процесс.
Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, однако, считается, широкого использования он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберг в 1903 году. К тому времени эта область исследований была известна как физиологическая химия. После этого времени биохимия быстро развивалась, особенно начиная с середины 20 века, прежде всего благодаря разработке новых методов, таких как хроматография, рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, использование радиоизотопной метки, электронная и оптическая микроскопия и, наконец, молекулярная динамика и другие методы вычислительной биологии. Эти методы позволили открыть и провести детальный анализ многих молекул и метаболических путей клетки, таких как гликолиз и цикл Кребса.
Другим важным историческим событием в развитии биохимии стало открытие генов и их роли в передаче информации в клетке. Это открытие заложило возможность возникновения на только генетики, но и ее междисциплинар отрасли на стыке с биохимией - молекулярной биологии. В 1950-х годах Джеймс Ватсон, Фрэнсис Крик, Розалинда Франклин и Морис Уилкинс сумели расшифровать структуру ДНК и предположили ее связь с генетической передачей информации в клетке. Также в 1950-х годах Джордж Отлей и Эдвард Татум доказали, что один ген отвечает за синтез одного белка. С разработкой методов анализа ДНК, таких как генетический фингерпринтинг, в 1988 году Колин Питчфорк стал первым человеком, обвиненной в убийстве с помощью свидетельства на основе ДНК, что стало первым крупным успехом биохимической судмедэкспертизы. В 200-х годах Андрю Файр и Крег Мелло показали роль РНК-интерференции (RNAi), в подавлении экспрессии генов.
Сейчас биохимические исследования протекают в трех направлениях, сформулированных Майклом Шугар. Биохимия растений исследует биохимию преимущественно автотрофных организмов и исследует такие процессы как фотосинтез и другие. Общая биохимия включает исследование как растений, так и животных и человека, тогда как медицинская биохимия фокусируется преимущественно на биохимии человека и отклонениях биохимических процессов от нормы, в частности в результате болезней.
Что такое биохимия? Биологическая или физиологическая биохимия - наука о химических процессах, которые лежат в основе жизнедеятельности организма и тех, что происходят внутри клетки. Цель биохимии (термин происходит от греческого слова «bios» - «жизнь») как науки - это изучение химических веществ, структуры и метаболизма клеток, природы и методов его регуляции, механизма энергетического обеспечения процессов внутри клеток.
Медицинская биохимия: суть и цели науки
Медицинская биохимия - раздел который изучает химический состав клеток человеческого организма, обмен веществ в нем (в том числе при патологических состояниях). Ведь любая болезнь, даже в бессимптомном периоде, неизбежно наложит свой отпечаток на химические процессы в клетках, свойства молекул, что отразится в результатах биохимического анализа. Без знания биохимии невозможно найти причину развития болезни и путь ее эффективного лечения.
Биохимическое исследование крови
Что такое анализ «биохимия крови»? Биохимическим исследованием крови называют один из методов лабораторной диагностики во многих областях медицины (например, эндокринология, терапия, гинекология).
Он помогает точно диагностировать болезнь и исследовать образец крови по таким параметрам:
Аланинаминотрансфераза (АлАТ, АЛТ);
Холестерин или холестерол;
Билирубин;
Мочевина;
Диастаза;
Глюкоза, липаза;
Аспартатаминотрансфераза (АСТ, АсАТ);
Гамма-глутамил транспептидаза (ГГТ), гамма ГТ (глутамилтранспептидаза);
Креатинин, белок;
Антитела к вирусу Эпштейн-Барра.
Для здоровья каждого человека важно знать, что такое биохимия крови, и понимать, что показатели ее не только дадут все данные для эффективной схемы лечения, но и помогут предупредить болезнь. Отклонения от нормальных показателей - это первый сигнал о том, что в организме что-то не так.
крови для исследования печени: значимость и цели
Кроме того, биохимическая диагностика позволит провести мониторинг динамики заболевания и результатов лечения, создать полноценную картину обмена веществ, дефицита микроэлементов работы органов. Например, обязательным анализом для людей с нарушением работы печени станет биохимия печени. Что это? Так называют биохимический анализ крови для исследования количества и качества ферментов печени. Если их синтез нарушен, то такое состояние грозит развитием болезней, воспалительных процессов.
Специфика биохимии печени
Биохимия печени - что это такое? Печень человека состоит из воды, липидов, гликогена. Ее ткани содержат минералы: медь, железо, никель, марганец, поэтому биохимическое изучение тканей печени - очень информативный и довольно эффективный анализ. Самые важные ферменты в работе печени - это глюкокиназа, гексокиназа. Наиболее чувствительны к биохимическим тестам такие ферменты печени: аланинаминотрансфераза (АЛТ), гамма-глутамил трансфераза (ГГТ), аспартатаминотрансфераза (АСТ), Как правило, при исследовании ориентируются на показатели этих веществ.
Для полноценного и успешного мониторинга состояния своего здоровья каждый должен знать, что такое «анализ биохимия».
Сферы исследования биохимии и важность правильной интерпретации результатов анализа
Что изучает биохимия? Прежде всего, процессы обмена веществ, химический состав клетки, химическую природу и функцию ферментов, витаминов, кислот. Оценить показатели крови по этим параметрам возможно только при условии правильной расшифровки анализа. Если все хорошо, то показатели крови по разным параметрам (уровень глюкозы, белок, ферменты крови) не должны отклоняться от нормы. В противном случае это следует расценивать как сигнал о нарушении работы организма.
Расшифровка биохимии
Как же расшифровать цифры в результатах анализа? Ниже приведена по основным показателям.
Глюкоза
Уровень глюкозы показывает качество процесса углеводного обмена. Граничная норма содержания не должна превышать 5,5 ммоль/л. Если уровень ниже, то это может свидетельствовать о сахарном диабете, эндокринных заболеваниях, проблемах с печенью. Повышенный уровень глюкозы может быть из-за сахарного диабета, физических нагрузок, гормональных лекарств.
Белок
Холестерин
Мочевина
Так называют конечный продукт распада белков. У здорового человека она должна полностью выводиться из организма с мочой. Если этого не происходит, и она попадает в кровь, то следует обязательно проверить работу почек.
Гемоглобин
Это белок эритроцитов, который насыщает клетки организма кислородом. Норма: для мужчин - 130-160 г/л, у девушек - 120-150 г/л. Низкий уровень гемоглобина в крови считают одним из показателей развивающейся анемии.
Биохимическое исследование крови на ферменты крови (АлАТ, АсАТ, КФК, амилаза)
Ферменты отвечают за полноценную работу печени, сердца, почек, поджелудочной железы. Без нужного их количества полноценный обмен аминокислот просто невозможен.
Уровень аспартатаминотрансферазы (АсАТ, АСТ - клеточного фермента сердца, почек, печени) не должен быть выше 41 и 31 ед./л для мужчин и женщин соответственно. В противном случае это может свидетельствовать о развитии гепатита, болезней сердца.
Липаза (фермент, что расщепляет жиры) играет важную роль в обмене веществ и не должен превышать значение 190 ед./л. Повышенный уровень сигнализирует о нарушении работы поджелудочной железы.
Тяжело переоценить значимость биохимического анализа на ферменты крови. Что такое биохимия и что она исследует, обязан знать каждый человек, заботящийся о своем здоровье.
Амилаза
Этот фермент содержится в поджелудочной железе и слюне. Он отвечает за расщепление углеводов и их усвоение. Норма - 28-100 ед./л. Его высокое содержание в крови может указывать на почечную недостаточность, холецистит, сахарный диабет, перитонит.
Результаты биохимического анализа крови записывают в специальный бланк, где указаны уровни содержания веществ. Нередко этот анализ назначают как дополнительный для уточнения предполагаемого диагноза. При расшифровке результатов биохимии крови учитывайте, что на них также влияет пол пациента, его возраст и образ жизни. Теперь вы знаете, что изучает биохимия и как правильно интерпретировать ее результаты.
Как правильно подготовится к сдаче крови на биохимию?
Острых болезней внутренних органов;
Интоксикации;
Авитаминоза;
Воспалительных процессов;
Для профилактики заболеваний, во время беременности;
Для уточнения поставленного диагноза.
Кровь для анализа берут рано утром, и перед приходом к врачу есть нельзя. В противном случае результаты анализа будут искажены. Биохимическое исследование покажет, насколько правильным является ваш обмен веществ и солей в организме. Кроме того, воздержитесь от питья сладкого чая, кофе, молока хотя бы за час-два до забора крови.
Обязательно ответьте себе на вопрос о том, что такое биохимия, перед сдачей анализа. Знание процесса и его значимости поможет вам правильно оценить состояние здоровья и быть компетентным в медицинских вопросах.
Как берут кровь на биохимию?
Процедура длится недолго и практически безболезненна. У человека в положении сидя (иногда предлагают прилечь на кушетку) медик берет предварительно наложив жгут. Место укола обязательно должно быть обработано антисептиком. Взятый образец помещают в стерильную пробирку и отправляют на анализ в лабораторию.
Контроль за качеством проведения биохимического исследования проводят в несколько этапов:
Преаналитический (подготовка пациента, взятие анализа, транспортировка в лабораторию);
Аналитический (обработка и хранения биоматериала, дозирование, проведение реакции, анализ результата);
Постаналитический (заполнение бланка с результатом, лабораторно-клинический анализ, отправка врачу).
Качество результата биохимии зависит от целесообразности выбранного метода исследования, компетентности лаборантов, точности мерок, техничной оснащенности, чистоты реактивов, соблюдения диеты.
Биохимия для волос
Что такое биохимия для волос? Биозавивка - это способ долгосрочного завивания локонов. Разница между обычной химической завивкой и биозавивкой принципиальна. В последнем случае не используют пероксид водорода, аммиак, тиогликолевую кислоту. Роль действующего вещества исполняет аналог цистина (биологический белок). Именно отсюда и произошло название метода укладки волос.
Несомненными плюсами можно назвать:
Щадящее действие на структуру волоса;
Смытую грань между отросшими и волосами, подвергавшимся биозавивке;
Процедуру можно повторять, не дожидаясь окончательного исчезновения ее эффекта.
Но перед походом к мастеру следует учитывать следующие ньансы:
Технология биозавивки сравнительно сложная, и нужно щепетильно подойти к выбору мастера;
Эффект недолгосрочен, около 1-4 месяцев (особенно на волосах, которые не подвергались завивке, окрашиванию, имеют плотную структуру);
Биозавивка стоит недешево (в среднем 1500-3500 р.).
Методы биохимии
Что такое биохимия и какие методы используются для исследования? Их выбор зависит от его цели и поставленных доктором задач. Они призваны изучить биохимическую структуру клетки, исследовать образец на возможные отклонения от нормы и таким образом помочь диагностировать болезнь, узнать динамику выздоровления и т. п.
Биохимия - один из самых эффективных анализов для уточнения, постановки диагноза, мониторинга лечения, определения успешной схемы терапии.
Биохимия (от греч. «bios» ‒ «жизнь», биологическая или физиологическая) – это наука, которая изучает химические процессы внутри клетки, влияющие на жизнедеятельность всего организма или его определенных органов. Целью науки биохимии является познание химических элементов, состава и процесса обмена веществ, способов его регуляции в клетке. По другим определениям, биохимией называется наука о химической структуре клеток и организмах живых существ.
Чтобы понять, для чего нужна биохимия, представим науки в виде элементарной таблицы.
Как видно, основой для всех наук есть анатомия, гистология и цитология, которые изучают все живое. На их основе построены биохимия, физиология и патофизиология, где познают функционирование организмов и химические процессы внутри них. Без этих наук не смогут существовать и остальные, что представлены в верхнем секторе.
Есть и другой подход, по которому науки делятся на 3 типа (уровня):
- Те, что изучают клеточный, молекулярный и тканный уровень жизни (науки анатомия, гистология, биохимия, биофизика);
- Изучают патологические процессы и заболевания (патофизиология, патологическая анатомия);
- Диагностируют внешнюю реакцию организма на заболевания (клинические науки, такие как терапия и хирургия).
Вот так мы выяснили, какое место среди наук занимает биохимия, или, как ее еще называют, медицинская биохимия. Ведь любое ненормальное поведение организма, процесс его метаболизма повлияет на химическую структуру клеток и проявит себя во время проведения БАК.
Для чего сдают анализы? Что показывает биохимический анализ крови?
Биохимия крови – это метод диагностирования в лабораторных условиях, что показывает заболевания в различных направлениях медицины (например, терапии, гинекологии, эндокринологии) и помогает определить работу внутренних органов и качество обмена белков, липидов и углеводов, а также достаточность в организме микроэлементов.
БАК, или биохимическое исследование крови, – это анализ, с помощью которого получают самую широкую информацию касательно разнообразных заболеваний. По его результатам можно узнать функциональное состояние организма и каждого органа в отдельном случае, ведь любой недуг, атакующий человека, так или иначе проявится в результатах БАК.
Что входит в состав биохимии?
Не очень удобно, да и не нужно, проводить биохимические исследования абсолютно всех показателей, и кроме того, чем их больше, тем больше нужно крови, а также и дороже они вам обойдутся.
Потому различают стандартный и комплексный БАКи. Стандартный назначается в большинстве случаев, а вот расширенный с дополнительными показателями назначает врач, если ему нужно выяснить дополнительные нюансы в зависимости от симптомов недуга и целей анализа.
Базовые показатели.
- Общий белок в крови (TP, Total Protein).
- Билирубин.
- Глюкоза, липаза.
- АлАТ (Аланинаминотрансфераза, АЛТ) и АсАТ (Аспартатаминотрансфераза, АСТ).
- Креатинин.
- Мочевина.
- Электролиты (Калий, K/Кальций, Сa/Натрий, Na/ Хлор, Cl/Магний, Mg).
- Холестерин общий.
Развернутый профиль включает в себя любые из этих дополнительных показателей (а также другие, очень специфические и узконаправленные, не обозначенные в этом перечне).
Биохимический общетерапевтический стандарт: нормы взрослых
| Биохимический анализ крови | Нормы |
|---|---|
| (БАК) | |
| Общий белок | от 63 до 85 г/литр |
| Билирубин (прямой, непрямой, общий) | общий до 5-21 мкмоль/литр |
| прямой – до 7,9 ммоль/литр | |
| непрямой ‒ рассчитывается, как разница между прямым и непрямым показателями | |
| Глюкоза | от 3,5 до 5,5 ммоль/литр |
| Липаза | до 490 Ед/литр |
| АлАТ и АсАТ | для мужчин – до 41 Ед/литр |
| для женщин – до 31 Ед/литр | |
| Креатининфосфокиназа | до 180 Ед/литр |
| ALKP | до 260 Ед/литр |
| Мочевина | от 2,1 до 8,3 ммоль/л |
| Амилаза | от 28 до 100 Ед/л |
| Креатинин | для мужчин – от 62 до 144 мкмоль/литр |
| для женщин – от 44 до 97 мкмоль/литр | |
| Билирубин | от 8,48 до 20,58 мкмоль/литр |
| ЛДГ | от 120-240 Ед/литр |
| Холестерин | от 2,97 до 8,79 ммоль/литр |
| Электролиты | К от 3,5 до 5,1 ммоль/литр |
| Сa от 1,17 до 1,29 ммоль/литр | |
| Na от 139 до 155 ммоль/литр | |
| Cl от 98 до 107 ммоль/литр | |
| Mg от 0,66 до 1,07 ммоль/литр |
Расшифровка биохимии
Расшифровка данных, которые были описаны выше, проводится по определенным значениям и нормам.
- Общий белок – это количество всего протеина, находящегося в человеческом организме. Превышение нормы указывает на различные воспаления в организме (на проблемы печени, почек, мочеполовой системы, ожогового недуга или на рак), при дегидратации (обезвоживании) во время рвоты, потоотделении в особо больших размерах, кишечной непроходимости или миеломной болезни, недостаток – на дисбаланс в питательном рационе, длительное голодание, болезнь кишечника, печени или при нарушении синтеза в результате наследственных заболеваний.
Альбумин
‒ это содержащаяся в крови белковая фракция с высокой концентрацией. Он связывает воду, и его низкое количество приводит к развитию отеков – вода не задерживается в крови и попадает в ткани. Обычно, если снижается белок, то и количество альбумина падает.- Анализ билирубина в плазме общий (прямой и непрямой) – это диагностика пигмента, который образуется после расщепления гемоглобина (для человека он токсический). Гипербилирубинемия (превышение уровня билирубина) называется желтухой, причем выделяют клиническую желтуху надпеченочную (в том числе у новорожденных), печеночно-клеточную и подпеченочную. Она указывает на анемию, обширные кровоизлияния впоследствии гемолитической анемии, гепатит, разрушение печени, онкологию и другие заболевания. Она страшит патологией печени, но может повыситься и у человека, перенесшего удары и травмы.
- Глюкоза. Ее уровень определяет углеводный обмен, то есть энергию в организме, и как работает поджелудочная железа. Если глюкозы очень много – это может быть диабет, физические нагрузки или повлиял прием гормональных препаратов, если мало – гиперфункция поджелудочной железы, болезни эндокринной системы.
- Липаза – это расщепляющий жиры фермент, который играет важную роль в обмене веществ. Его повышение свидетельствует о болезни поджелудочной.
- АЛТ – «печеночный маркер», по нему отслеживают патологические процессы печени. Повышенная норма информирует о проблемах в работе сердца, печении или гепатите (вирусном).
- АСТ – «сердечный маркер», по нему видно качество работы сердца. Превышение нормы свидетельствует о нарушении работы сердца и гепатите.
- Креатинин – дает информацию о функционировании почек. Повышен, если у человека есть острое или хроническое заболевание почек или наблюдается разрушение ткани мышечной, эндокринных нарушениях. Завышен у людей, которые употребляют много мясных продуктов. И потому креатинин понижен у вегетарианцев, а также у беременных, но очень сильно на диагностику не повлияет.
Анализ мочевины
– это исследование продуктов белкового обмена, работы печени и почек. Завышение показателя происходит при нарушении в работе почек, когда они не справляются с выведением жидкости из организма, а снижение характерно для беременных, при диете и нарушениях, связанных с работой печени.- Ггт в биохимическом анализе информирует об обмене аминокислот в организме. Его высокий показатель виден при алкоголизме, а также, если поражается кровь токсинами или предполагается дисфункция печени и желчевыводящих путей. Низкий – если есть хронические заболевания печени.
- Лдг в исследовании характеризует протекание энергетических процессов гликолиза и лактата. Высокий показатель указывает на негативное воздействие на печень, легкие, сердце, поджелудочную железу или почки (заболевания пневмония, инфаркт, панкреатит и прочие). Низкий показатель лактатдегидрогеназы, как и низкий креатинин, на диагностику не повлияет. Если ЛДГ повышен, причины у женщин могут быть следующие: повышенные физические нагрузки и беременность. У новорожденных тоже этот показатель слегка завышен.
- Электролитный баланс указывает на нормальный процесс обмена веществ в клетку и из клетки назад, в том числе и процесс работы сердца. Алиментарные нарушения зачастую стают главной причиной дисбаланса электролитов, но также это может быть рвота, диарея, гормональный сбой или сбой в работе почек.
- Холестерол (холестерин) общий – повышается, если у человека ожирение, атеросклероз, дисфункции печени, щитовидной железы, и снижается, когда человек садится на безжировую диету, при септисе или другой инфекции.
- Амилаза – фермент, содержащийся в слюне и поджелудочной. Высокий уровень покажет, если имеются холецистит, признаки сахарного диабета, перитонита, паротита и панкреатита. Также повысится, если употреблять алкогольные напитки или препараты – глюкокортикоиды, также характерно для беременных во время токсикоза.
Показателей биохимии очень много и основных, и дополнительных, также проводится комплексная биохимия, в которую входят как основные, так и дополнительные показатели на усмотрение врача.
Сдать биохимию натощак или нет: как подготовиться к анализу?
Анализ крови на Бх – ответственный процесс, и готовиться к нему нужно заранее и со всей серьезностью.
Эти меры необходимы, чтобы анализ был более точным и никакие дополнительные факторы на него не повлияли. В ином случае ‒ придется пересдавать анализы, так как малейшие изменения условий значительно повлияют на процесс метаболизма.
Откуда берут и как сдавать кровь
Сдача крови на биохимию происходит путем забора шприцом крови из вены на локтевом изгибе, иногда из вены на предплечье или кисти. В среднем достаточно 5-10 мл крови для того, чтобы сделать основные показатели. Если нужен развернутый анализ биохимии – тогда берется и объем крови больше.
Норма показателей биохимии на специализированном оборудовании от разных производителей может несколько отличаться от средних границ. Экспресс-метод подразумевает получение результатов в течение одного дня.
Процедура забора крови почти безболезненна: присаживаетесь, процедурная медсестра готовит шприц, налаживает на руку жгут, обрабатывает место, где будет делаться укол, антисептиком и берет образец крови.
Полученную помещает в пробирку и отдают в лабораторию на диагностику. Врач-лаборант размещает образец плазмы в специальный прибор, который создан для определения с высокой точностью показателей биохимии. Он же проводит обработку и хранение крови, определяет дозирование и порядок проведения биохимии, диагностирует полученные результаты, в зависимости от тех показателей, которые потребовал лечащий врач, и оформляет бланк результатов биохимии и лабораторно-химический анализ.
Лабораторно-химический анализ передают в течение дня лечащему врачу, который ставит диагноз и назначает лечение.
БАК со своим множеством разнообразных показателей дает возможность увидеть обширную клиническую картину конкретного человека и конкретной болезни.
55.0
Для друзей!
Справка
Слово «биохимия» пришло к нам ещё из XIX века. Но в качестве научного термина оно закрепилось век спустя благодаря немецкому учёному Карлу Нойбергу. Логично, что биохимия объединяет собой положения двух наук: химии и биологии. Поэтому она занимается исследованием веществ и химических реакций, которые протекают в живой клетке. Известными биохимиками своего времени были арабский учёный Авиценна, итальянский учёный Леонардо да Винчи, шведский биохимик А. Тизелиус и другие. Благодаря биохимическим разработкам появились такие методы, как разделение неоднородных систем (центрифугирование), хроматография, молекулярная и клеточная биология, электрофорез, электронная микроскопия и рентгеноструктурный анализ.
Описание деятельности
Деятельность биохимика сложна и многогранна. Эта профессия требует знаний микробиологии, ботаники, физиологии растений, медицинской и физиологической химии. Специалисты в области биохимии занимаются также исследованиями вопросов теоретической и прикладной биологии, медицины. Результаты их работы важны в сфере технической и промышленной биологии, витаминологии, гистохимии и генетике. Труд биохимиков применяется в образовательных учреждениях, медицинских центрах, на предприятиях биологического производства, в сельском хозяйстве и других сферах. Профессиональная деятельность биохимиков - это преимущественно лабораторная работа. Однако современный биохимик имеет дело не только с микроскопом, пробирками и реагентами, но и работает с разыми техническими приборами.
Заработная плата
средняя по России: средняя по Москве: средняя по Санкт-Петербургу:
Трудовые обязанности
Основные обязанности биохимика - это проведение научных исследований и последующий анализ полученных результатов.
Однако, биохимик не только принимает участие в научно-исследовательской работе. Он также может трудиться на предприятиях медицинской промышленности, где ведёт, например, работы по изучению действия препаратов на кровь человека и животных. Естественно, что подобная деятельность требует соблюдения технологического регламента биохимического процесса. Биохимик следит за реактивами, сырьём, химическим составом и свойствами готовой продукции.
Особенности карьерного роста
Биохимик - это не самая востребованная профессия, однако специалисты этой сферы ценятся высоко. Научные разработки компаний разных отраслей (пищевой, сельскохозяйственной, медицинской, фармакологической и др.) не обходятся без участия биохимиков.
Отечественные научно-исследовательские центры тесно сотрудничают с западными странами. Специалист, уверенно владеющий иностранным языком и уверенно работающий за компьютером, может найти работу в зарубежных биохимических компаниях.
Биохимик может реализовать себя в сфере образования, фармации или менеджменте.