ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Экз №__
Кафедра клинической биохимии и лабораторной диагностики
«УТВЕРЖДАЮ»
ИО начальника кафедры
клинической биохимии и
лабораторной диагностики
полковник медицинской службы
В.ПАСТУШЕНКОВ
«___» _____________ 2008 г.
доцент кафедры клинической биохимии и лабораторной диагностики
кандидат медицинских наук доцент А.ЧАЙКА
_____________________________________________________________________
должность, ученая степень, ученое звание, воинское звание, инициал имени, фамилия автора (авторов)
ЛЕКЦИЯ № 1
_________________________________________
(номер по тематическому плану изучения дисциплины)
по дисциплине: «Биохимия»
___________________________________________________________
(наименование учебной дисциплины)
на тему: «Введение: Предмет биохимии и его место среди других медико - биологических дисциплин»
________________________________________________
(наименование темы занятий по тематическому плану изучения дисциплины)
с курсантами и студентами 2 курса факультетов подготовки врачей
(военно-медицинских специалистов иностранных армий)
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
«____» ____________ 200___ г.
Протокол №______
Уточнено (дополнено):
«____» ____________ 200___ г.
_____________________________________
(воинское звание, подпись, инициал имени, фамилия)
Лекция на тему: Введение: Предмет биохимии и его место среди других медико - биологических дисциплин
Учебные группы: курсанты и слушатели II курса ФПВ
Цель лекции: Рассмотреть вопросы предмета биохимии и его место среди других медико - биологических дисциплин.
Время лекции: 2 часа
Вопросы:
-
Предмет биохимии и его место среди других медико- биологических дисциплин.
-молекулярная биология - составная часть современной биохимии (физико-химической биологии).
-роль дисциплины « биохимия » в системе высшего военно-медицинского образования.
-деление биохимии на разделы.
- связь биохимии с другими науками.
-
Периодизация истории биохимии.
-
Роль биохимии в клинической медицине. Основные достижения и перспективы развития общей и клинической биохимии, биотехнологий и генной инженерии.
- основные признаки живой материи ( организма).
- задачи современной биологической науки. Горизонты биохимии.
Предмет биохимии и его место среди других медико-биологических дисциплин
Биологическая химия (биохимия)- наука о химическом составе и свойствах веществ живых организмов, о превращениях веществ в процессе жизнедеятельности. Совокупность этих превращений, отражающих постоянную взаимосвязь организма с внешней средой, принято называть обменом веществ.
Впервые термин биологическая химия был использован в 1858 году в книге В.Клетницкого « Compendium der Biochemic»
Биологическая химия – это наука, изучающая с помощью химических методов промежуточные процессы обмена веществ как система сопряженных биокаталитических реакций.
Понятие «химический состав», «превращение веществ» и само название науки « биологическая химия» наталкиваются на вопрос – разделом биологии или химии является биохимия? Ф. Энгельс разработал и изложил в «Диалектике природы» научно и методически обоснованную классификацию наук по формам движения материи в природе, которые эти науки изучают.
Жизнь – движение материи в природе. Обмен веществ представляет собой основу, сущность этой формы движения материи. Жизнь есть способ существования белковых тел , существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой. Поэтому наука, изучающая сущность биологической формы движения материи - обмен веществ должна быть отнесена к группе биологических наук.
Изучая сущность жизни, самое главное в жизненных процессах – обмен веществ, биохимия должна быть отнесена к важнейшим биологическим наукам.
Значение биохимии как науки для человеческого общества определяется тем , что она является одной из теоретических основ медицины, сельского хозяйства, биотехнологии, генетической инженерии и ряда отраслей промышленности, лесного дела. В основе многих патологических состояний человека лежат нарушения отдельных биохимических процессов. Известно, например, более 100 заболеваний, обусловленных нарушением жизнедеятельности ферментных систем, отсутствием отдельных ферментов вследствие наследственных дефектов.
Без глубоких знаний молекулярных основ патологии невозможны ни диагностики ни лечение, ни профилактика болезней. Успехи биохимии определяют и стратегию создания новых лекарственных препаратов. Большой интерес в этом отношении представляет широкое использование ферментов при лечении некоторых заболеваний.
Биохимические процессы лежат в основе любой технологии пищевой промышленности: хлебопечения, сыроварения, виноделия, пивоварения, производства чая, жиров, масел, переработки молока, мяса и рыбы и т.д.
Все более расширяются такие биохимические производства, как изготовление витаминов, антибиотиков и других биологически активных соединений, органических кислот, кормового белка.
Все перечисленное свидетельствует о большом значении биохимии для человеческого общества, объясняет громадный и все возрастающий интерес к этой науке во всех странах мира.
Биохимия изучает все основные признаки живого организма:
-
Высокий уровень структурной организации или упорядоченность -предшественники клеточных компонентов, промежуточные соединения, биологические молекулы, макромолекулы или биополимеры, смешанные макромолекулы, надмолекулярные комплексы, органоиды, клетка.
-
Способность к эффективному преобразованию и и использованию энергии
-
обмен веществ с окружающей средой и саморегуляция химических превращений
-
Самовоспроизведение или передача наследственной информации.
Молекулярная биология - составная часть можно сказать, что молекулярная биология – это статическая и функциональная биохимия нуклеиновых кислот.
1955г. Уотсон и Крик ( двойная спираль) –год рождения молекулярной биологии.
Значение успехов молекулярной биологии для обоснования справедливости основных принципов диалектико-материалистической философии .
Роль дисциплины «биохимия» в системе высшего военно-медицинского образования.
С середины 20-го века биохимия точнее медицинская биохимия человека стала наравне с морфологией (анатомией и гистологией), физиологией , фундаментом , теоретической основой подготовки медицинских кадров, основой медицины.
Первые самостоятельные кафедры, где стали обучать студентов медицинских факультетов университетов были организованы в 1836 г. В казанском университете, московском университете, в харьковском университете и военно- медицинской академии в 1890 году ( кафедра медицинской физиологической химии)
В 1930 году- кафедры медицинской химии переименованы в кафедры биологической химии.
Медицинская биохимия ( биология человека) включает в себя все общебиохимические направления, но в той их части, которые имеют отношения к здоровью и болезням человека. Следовательно, она изучает:
-
молекулярные основы развития и функционирования человеческого организма
-
молекулярные механизмы болезней.
-
биохимические методы диагностики и лечения болезней.
-
биохимическую экологию человека.
Биохимию принято делить на три раздела:
-
статическая- задачей которой является изучение химического состава и свойств веществ живых организмов.
-
динамическая- изучает превращение веществ в процессе жизнедеятельности ( метаболизм ).
-
функциональная – изучает связь химических процессов с физиологическими функциями.
Это деление в значительной мере условное ,полезно при изложении теории биохимии в учебных, методических целях
В зависимости от объектов исследования различают:
-
биохимия человека и животных
-
биохимия растений
-
биохимия микроорганизмов биохимия внутриклеточного паразитизма
Выделяют определенные разделы биохимии и по направленности исследований:
-
медицинская биохимия - изучает биохимические процессы в организме человека в норме и при патологии ( различают общую и клиническую биохимии)
-
эволюционная биохимия- сопоставляет состав и пути превращения веществ и энергии различных систематических групп живых организмов в эволюционном плане
-
---- биохимические основы тех отраслей промышленности, где перерабатываются сырье и материалы биологического происхождения (хлебопечение, сыроварение, виноделие и т. д.
-
квантовая биохимия- исследует свойства, функции и пути превращения различных веществ живых организмов в связи с электронными характеристиками этих веществ, полученными с помощью квантово-механических расчетов.
-
энзимология- изучает структуру, свойства и механизмы действия ферментов (энзимов)- биологических катализаторов.
Связь биохимии с другими науками.
Из всех других наук биохимия наиболее тесно связана с физиологией. Это обусловлено самой природой биологических процессов. В основе любого нарушения какой-либо физиологической функции лежит система изменений биохимических реакций. Нельзя глубоко до конца правильно понять природу любого физиологического процесса, не зная его биохимизма, так же как нельзя изучить биохимические реакции в отрыве от их физиологического значения.
Великие русские физиологи И.М. Сеченов и И.П. Павлов являются одновременно одними из основоположников ряда важных разделов биохимии
( дыхательная функция крови, некоторые разделы энзимологии, строение и свойства пищеварительных ферментов, превращение проферментов ЖКТ в активные ферменты).
Постепенно биохимия стала одним из ведущих разделов физиологии, а затем обособилась в самостоятельную науку.
На современном этапе развития, в связи с мощным развитием отдельных разделов биохимии, появляется тенденция выделения некоторых из них в самостоятельные научные дисциплины (энзимология).
Биохимия взаимосвязана и с органической химией, но биохимики не только выделяют вещества из организма, осуществляют их синтез, как и химики-органики, но и изучают превращения данных соединений в общей системе обмена веществ живого организма, выясняют их роль в его жизнедеятельности.
Связь биохимии и органической химии также отразилась в научном творчестве ряда ученых.
С каждым годом расширяется связь биохимии с физической химией. Интенсивно внедряется в биохимические исследования физико-химические методы ( хромотография, электрофорез, спектроскопия, электронная микроскопия, ЭПР, ЯМР, метод меченных атомов и т. д. В итоге сформировалась новая область научных знаний физико- химическая биология, включающая молекулярную биологию, классическую биохимию, биоорганическую химию, молекулярную генетику и т.д.
Биохимия как самостоятельная научная дисциплина сформировалась немногим более 100 лет назад, однако биохимическими процессами люди пользовались и во времена глубокой древности, не зная, естественно из теоретической сущности.
Периодизация истории биохимии.
I период - протобиохимии- с древних времен до эпохи возрождения(XVв.).Это период практического использования биохимических процессов без знания их теоретических основ и порой примитивных биохимических исследований.
II период-биохимия существует как раздел физиологии, характеризуется накоплением биохимических знаний ( от эпохи Возрождения до второй половины XIX в.
-
XVI-XVII вв. возникновение и развитие натрохимии ( натрос ( от греч.)-врач):жизнедеятельность человека, причины его заболеваний модно понять только с точки зрения химии, лечение многих болезней надо осуществлять применяя прежде всего химические средства. Немецкий физиолог и врач Парацельс (1493-1541гг.)писал, что задача алхимии не в изготовлении золота, а в создании того, что является силой медицины.
-
Экспериментальное изучение процессов жизнедеятельности в XVII-XVIIIвв.Первые химические теории и объяснения процессов дыхания, пищеварения, брожения- открытие М.В. Ломоносовым закона сохранения массы веществ нанесло сокрушительный удар по идеализму в естествознании. Он основатель химии в России, ее становление отразилось на развитии химии растений; -француз А.Лавуазье количественно исследовал и объяснил сущность дыхания, указав роль кислорода в этом процессе.
-
Немецкий химик Ю.Либих в 30-40гг. XIXв. развил методы количественного химического анализа и применил их к исследованию биологических систем.
-
Мощный толчок на развитие органической химии биохимии оказала теория строения органических веществ А. М. Бутлерова. Он так же впервые синтезировал химическим путем сахар. Ранее немецкий ученый Ф.Велер синтезировал мочевину. Это опровергло утверждение виталистов о невозможности синтеза органических соединений вне организма.
III период-выделение биохимии из физиологии в самостоятельную науку во второй половине XIX века формирование биохимии.
Развитие классической биологической химии:
-1869г. Ф. Мишер открыл нуклеин ( ДНК )
-1897г. Э. и Г. Бухнеры доказали бесклеточное брожение с участием ферментов, выделенных из клетки.
-1897-1902 гг. А.Н. Бах создал перекисную теорию биологического окисления ( объясняющую дыхание организмов).
В этот период создаются специальные кафедры, где ведется преподавание биохимии.
Н.И Лунин - открытие витаминов 1880г.
Д.И. Ивановский - открытие вирусов 1892г.
Э.Фишер – полипептидная теория строения белка 1902г.
Гофмейстер – выделил белок альбумин в кристаллическом виде 1892г.
К.А. Тимирязев – вопросы фотосинтеза и минерального питания растений.
А.И. Опарин - создатель теории происхождения жизни.
В.И.Палладин – значение реакции дегидрирования при дыхании
( биологическое окисление).
С.П. Костычев – исследовал химизм спиртового брожения и анаэробной фазы дыхания, нашел общность между ними.
В.С. Гулевич – один из основателей сравнительно-эволюционной биохимии крупной советской биохимической школы.
О. Ворбург – немецкий биохимик выделял и изучал дыхательные ферменты.
В.А. Энгельгард – открыл окислительное фосфорилирование1931г.,1939г. – АТФ-азную активность миозина и других сократительных белков .
А.Е. Браунштейн и М.Г. Крицман открыли в 1937г. реакции трансаминирования – узловой пункт азотного обмена всех живых организмов.
Г. Кребс1937г. - открыл цикл синтеза мочевины.
Е.С. Лондон и С.Е. Северин – организовали новые кафедры биохимии.
Белозерский – выделил, открыл ДНК в растениях.
VI период: прогресс биохимии и революция в биологии во второй половине XX века.
Рождение молекулярной биологии. Формирование физико-химической
биологии в системе биологических наук.
1953 г. Уотсон и Крик – двойная спираль
1953 г. Ф. Сэнгер расшифровал аминокислотную последовательность белка инсулина.
1955-1960 г.г. Белозерский и сотрудники исследовательского института исследовали нуклеотидный состав ДНК огромного числа представителей животных и растений.
1959-1960 г.г. А.С. Спирин и П. Доти установили вторичную и третичную структуру рибосомальной РНК.
1961 г. Ниренберг расшифровал первую «букву» кода белкового синтеза триплет ДНК, соответствующий фенилаланину. Позднее С. Очоа и Корана расшифровали все буквы этого кода.
1966 г. П. Митчелл сформулировал хемоосмотическую теорию сопряжения окисления и фосфорилирования. -------- Скулачев.
1969 г. Мерифельд химическим путем синтезировал фермент рибонуклеазу.
1970 г. Копана синтезировал ген ( целой трихомонады!) и …..его к ДНК мутантного штамма бактериофага λ ,
1971 г. Ю.А. Овчинников и А.Е. Браунштейн установили аминокислотную последовательность АСТ (412 аминокислот).
1977 г. Ф. Сэнгер впервые полностью расшифровали первичную структуру ДНК.
----- Северин
------ Скулачев
1972 г. родилась генная инженерия – технология создания лабораторным путем искусственных генов (гибридных молекул ДНК). На сегодняшний день промышленное получение совершенно определенных белков и пептидов методами генной инженерии значительно перспективнее, чем химическим синтезом.
- удалось заставить бактериальную клетку с чужими генами синтезировать гормоны человека: инсулин, пептидные гормоны, соматотропин, интерферон, α-тирозин и многие другие полипептидные ?