Биохимия [1982 - - Энциклопедический словарь юного химика]

Биохимия - наука о химическом составе и химических реакциях живых организмов. Возникнув на стыке химии и биологии, она сформировалась как самостоятельная отрасль знаний в конце XIX в., хотя истоки ее относятся к далекому прошлому. Современную биохимию кратко можно охарактеризовать как науку, которая использует химические методы для изучения биологических объектов.

В зависимости от природы изучаемых живых организмов биохимия подразделяется на биохимию животных, биохимию растений и биохимию микроорганизмов. Мир животных, растений и микроорганизмов характеризуется колоссальным разнообразием веществ и химических реакций. Наряду с различиями в химическом составе различных живых клеток имеется и много общего. Так, например, в состав любой живой клетки входят белки, нуклеиновые кислоты, жиры, углеводы, соли и вода.

Подавляющее большинство химических реакций протекают в живых клетках под действием ферментов - особых биологических катализаторов. Важную роль в процессах жизнедеятельности играют также витамины и гормоны.

Живая клетка представляет собой настоящую химическую фабрику, очень совершенную и экономичную. Управление химическим производством клетки осуществляет ядро (1), в котором находятся хромосомы - молекулы ДНК (2). В этих молекулах хранится информация о структуре белков. Отрезок ДНК, на котором закодировано строение одного белка, называется геном. Когда организм нуждается в каком-то определенном белке, соответственный ген активируется, т.е. в этом месте двойная спираль расплетается. На обнажившемся участке из отдельных нуклеоти-дов синтезируется молекула информационной РНК (иРНК) (3), представляющая как бы оттиск гена. Синтез иРНК, так же как все другие этапы биосинтеза, требует больших затрат энергии. Энергию поставляет своего рода силовая станция клетки - митохондрия (4), в которой синтезируются молекулы адено-зинтрифосфорной кислоты (АТФ) (5). Для синтеза АТФ используется энергия окисления углеводов и других веществ. Молекулы АТФ направляются в те участки клетки, где возникает потребность в энергии. Там, расщепляясь, они отдают энергию, необходимую для биосинтеза и других видов жизнедеятельности клетки. Законченная молекула иРНК выходит из ядра в цитоплазму. Здесь на нее нанизываются рибосомы (6), в которых и происходит синтез белка по программе, записанной в иРНК. Каждая рибосома движется вдоль иРНК, переходя от одного триплета нуклеотидов к другому. Каждый триплет - как бы 'замок', к которому подходит только один 'ключ' - определенная молекула транспортной РНК (тРНК) (7) с комплементарным триплетом. Из всех молекул тРНК, попадающих в рибосому, именно эта нужная тРНК прикрепится к иРНК, и противоположный конец тРНК с прикрепленной к нему аминокислотой (8) приблизится к 'месту сборки'. Здесь аминокислота отделится от тРНК и присоединится к цепочке аминокислот. Затем тРНК выбрасывается в цитоплазму, а рибосома передвигается к следующему триплету. Здесь все повторяется снова, и к цепочке присоединяется следующая аминокислота. Каждой тРНК соответствует только одна аминокислота; таким образом, последовательность триплетов нуклеотидов и РНК кодирует последовательность аминокислот в цепочке, т.е. состав белка. Известно, что все неисчислимое множество белков построено всего из 20 аминокислот и различается только их числом и порядком. Весь процесс биосинтеза изображен здесь, разумеется, крайне упрощенно. Каждый этап биосинтеза проходит при участии особых белков-катализаторов - ферментов

Вся совокупность химических реакций, протекающих в живых организмах, называется обменом веществ. Изучение обмена веществ - важная задача биохимии. Реакции, лежащие в основе жизнедеятельности организмов, как и любые химические реакции, полностью подчиняются законам химии и физики, и в частности закону сохранения массы вещества и энергии.

Современная биохимия развивается в тесной связи с биоорганической химией и молекулярной биологией, опирается на новейшие достижения химии и физики. В биохимии широко используются методы электрофореза, спектроскопии, изотопного анализа и др. (см. Методы исследования в химии).

Ряд разделов биохимии из-за их большого практического значения выделился в отдельные научные дисциплины. Так, например, для медицины приобрела особую важность клиническая биохимия, использующая химические методы для определения диагноза многих болезней и контроля за ходом их лечения.

Биохимические исследования оказывают большое влияние на развитие сельского хозяйства.

Достижения технической биохимии используются в медицинской, легкой и пищевой промышленности.

Современная биохимия - активно развивающаяся наука, она вносит весомый вклад в наши знания о химии живых организмов, имеет важное значение для различных областей практики.