Михаил Ермолаев - Биологическая химия

Биологическая химия является наукой, которая изучает химический состав органов и тканей животных и растений и химические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности. Биохимия изучает жизнь во всех ее проявлениях — от прорастания зерна до высшей нервной деятельности.

Биохимия сравнительно недавно, около 100 лет назад, оформилась в самостоятельную науку. Она возникла в пограничной области биологии и химии. Однако за этот короткий срок и особенно в последние 20-30 лет биохимия стремительно развивалась. Именно этим объясняется тот факт, что научные исследования в области биологии, физиологии, микробиологии, клинических дисциплин и даже в некоторых областях промышленности в значительной степени развиваются благодаря использованию биохимических методов.

Рис. 1. Фотоэлектроколориметр (ФЭК-М). 1 — держатели кювет; 2, 3 — узел нейтральных клиньев; 4 — щелевая диафрагма; 5 — шкала; 6 — переключатель светофильтров; 7 — переключатель чувствительности; 8 — гальванометр

Задачи, стоящие перед биохимией, можно разрешить лишь путем объединения результатов биохимии с данными биофизики, морфологии, генетики и Многих других биологических дисциплин. В последние годы развитие биохимии, в большей степени определяется достижениями физики, математики, кибернетики, механики и т. д., ибо изучение состава и структуры вещества биологического профиля невозможно без использования сложных и точных приборов и различных аппаратов. Сейчас в клинических лабораториях широко используются различные электрофотоколориметры (рис. 1), спектрофотометры (рис. 2), флюориметры и другие приборы, а биохимические лаборатории трудно представить себе без аппаратов электрофореза, аминокислотного анализатора, автоматического коллектора отбора фракций (рис. 3), колоночной хроматографии и пр. В качестве примера можно указать на изучение структуры и состава белка. Решение этого вопроса стало возможным только после того, как были разработаны такие методы исследования, как гидролиз, хроматография, электрофорез, использование меченых атомов, рентгеноструктурный анализ. Но применение этих методов потребовало создания аппаратов для хроматографии, выпрямителей для электрофореза, приборов для спектрального анализа, аминокислотных анализаторов, ультрацентрифуг, электронно-вычислительных машин. Необходимым условием для выполнения таких анализов является получение особо очищенных реактивов, синтетических смол с определенными специфическими свойствами, радиоактивных изотопов, особых видов хроматографической бумаги.

Рис. 2. Спектрофотометр (СФ-4). 1 — корпус спектрофотометра; 2 — осветитель с источником ультрафиолетового излучения (водородная лампа) или видимого света (лампа накаливания); 3 — стабилизатор; 4 — гальванометр напряжения

Рис. 3. Автоматический коллектор для сбора фракций. 1 — колонка, на которой происходит разделение. Вытекающие фракции растворов собираются в пробирки (2), установленные в барабане (3), автоматически передвигающемся. Передвижение барабана происходит через определенные промежутки времени (установка 'на время') или же когда в пробирки выливается определенный объем (установка 'на объем')

В свою очередь развитие целого ряда биологических дисциплин основано на достижениях биохимии. Так, физиология и гигиена труда, процессы нервной и мышечной проводимости, проблема памяти, вопросы рационального питания решаются с учетом знаний биохимии этих процессов, так же как и проблемы сельского хозяйства: повышение производительности сельскохозяйственных культур и животноводства. Современная пищевая промышленность в своей основе также базируется на биохимии, которая, детально изучив процессы хлебопечения, виноделия, переработку молока, жиров, консервирования и т. д., помогает увеличить выпуск и улучшить вкусовые качества пищевых продуктов. Есть еще одна область знаний, в которой трудно переоценить значение биохимии,- это медицина. Еще М. В. Ломоносов писал: "Медик без довольных познаний химии совершенен быть не может".

В человеческом организме постоянно протекают тысячи и тысячи различных химических реакций, которые обеспечивают его существование. И задача биохимии состоит в том, чтобы, изучив состав организма и продуктов его обмена веществ, выяснив функции различных органов и тканей, познать " существо процессов жизнедеятельности организма. В основе этих исследований лежит знание взаимодействия разнообразных физических и химических процессов, взаимозависимости между структурой и функцией веществ, регуляторных механизмов, контролирующих деятельность обмена веществ.

Таким образом, биохимия является теоретической основой медицины. Знание биохимических процессов, протекающих в нормальном здоровом организме, позволяет понять и природу различных заболеваний, которые в своей основе представляют разнообразные отклонения протекающих в организме химических реакций — патогенез заболеваний. Не менее существенным является использование данных биохимии в вопросах диагностики и лечения.

Трудно представить врача, который бы ставил диагноз без результатов тщательного биохимического анализа крови, мочи, кала, желудочного содержимого, спинномозговой жидкости и т. д. Определение широкого круга веществ в этих жидкостях позволяет врачу с большей степенью точности, своевременно и правильно поставить диагноз. Изменения концентрации многих веществ при заболеваниях являются специфическими. Например, стойкое по сравнению с нормой увеличение сахара в крови и моче является специфическим для сахарного диабета; снижение в крови γ-глобулинов характеризует понижение сопротивляемости организма к вредным воздействиям; значительное повышение цистина в моче является симптомом цистинурии, наличие в моче больших количеств мочевой кислоты является следствием подагры.

В последние годы в клинике стали широко применять определение активности ферментов как диагностических тестов. Сущность применения этих анализов заключается в том, что в определенных органах и тканях протекают специфичные для данной ткани химические процессы, которые катализируются соответственно определенными ферментами. При заболеваниях этих органов и тканей происходит нарушение структуры клеток и ферменты вымываются в кровь, что проявляется изменением их активности в крови по сравнению с нормой.