- •История и методология биологии
- •Содержание
- •Введение
- •Лекция № 1
- •1. Представления о природе в древности
- •2. Уровень познания живой природы в Древней Греции
- •2.1. Философы - материалисты
- •2.2. Ионийская школа
- •2.3. Афинская школа
- •2.4. Александрийская школа
- •3. Представления о живой природе на заре новой эры в Древнем Риме
- •4. Уровень изучения живой природы в Средневековье
- •4.1. Господство схоластики при объяснении явлений природы
- •4.2. Возрождение интереса к наблюдениям при изучении явлений природы
- •Лекция № 2
- •1. Создание экспериментального естествознания в эпоху Возрождения
- •2. Успехи в области ботаники, систематики и физиологии растений
- •3. Зоологические исследования
- •4. Методологические итоги изучения живой природы
- •Лекция № 3
- •1. Развитие систематики и попытка построения естественных систем
- •2. Достижения в области физиологии растений
- •3. Исследования в области зоологии
- •4. Исследования в области эмбриологии
- •5. Характеристика основных догм о живой природе в XVIII в. И их критика
- •Лекция № 4
- •1. Достижения в сравнительной морфологии и анатомии животных и растений
- •2. Успехи в систематике, экологии и палеонтологии животных и растений
- •3. Исследование онтогенеза и эмбрионального развития животных и растений
- •4. Успехи в области физиологии животных и растений
- •5. Клеточная теория
- •6. Учение ж.Б. Ламарка
- •Лекция № 5
- •1. Ч.Дарвин и теория естественного отбора
- •2. Эволюционное направление в палеонтологии и систематике
- •3. Развитие эмбриологии животных и растений
- •4. Исследования структурно-функциональной организации живых существ
- •5. Развитие представлений о целостности живой природы
- •6. Дискуссии об эволюции и их влияние на развитие биологии в XX в.
- •Лекция № 6
- •1. Открытие гормонов
- •2. Достижения в исследовании иммунитета
- •3. Открытие групп крови
- •4. Создание химиопрепаратов
- •5. Создание первых антибиотиков и пестицидов
- •6. Исследование продуктов промежуточного обмена
- •7. Использование в биохимии радиоактивных изотопов
- •8. Открытие витаминов
- •9. Исследования нервной деятельности и поведения
- •Лекция № 7
- •1. Открытие ферментов и коферментов
- •2. Изучение тонкой структуры белков с помощью физико-химических методов
- •3. Изучение строения биомолекул методом хроматографии
- •4. Установление первичной структуры белка
- •5. Краткая история генетики
- •Роль отечественных ученых в развитии генетики
- •Лысенковщина
- •Причины лысенковщины:
- •6. Установление роли днк
- •7. Открытие двойной спирали днк
- •8.Расшифровка генетического кода
- •Лекция № 8
- •1. Зарождение протистологии
- •2. Зарождение бактериологии
- •3. Проблема самозарождения микроорганизмов
- •4.Морфология и систематика микроорганизмов
- •5. Формирование микробиологии как самостоятельной науки
- •6. Вклад р.Коха в бактериологию
- •7. Начало научной деятельности л. Пастера
- •8. Опровержение теории самопроизвольного зарождения микроорганизмов
- •9. Подтверждение л. Пастером микробной теории инфекционных заболеваний
- •10. Создание л. Пастером учения об иммунитете
- •11. Фагоцитарная и гуморальная теории иммунитета
- •12. Изучение участия микробов в природных процессах
- •13. Создание с. Н. Виноградским почвенной микробиологии
- •14. Разработка методов микробиологических исследований
- •15. Особенности микробиологии в XX веке
- •Лекция № 9
- •1. Зарождение вирусологии
- •2. Возникновение и развитие учения о вирусах бактерий
- •3. Развитие представлений о лизогении
- •4. Расшифровка природы лизогении
- •5. Изучение вирусов животных и человека
- •6. Развитие фитовирусологии
- •7. Заключение
- •Список источников литературы:
- •610000, Г. Киров, ул. Московская, 36, тел.: (8332) 64-23-56, http://vyatsu.Ru
6. Исследование продуктов промежуточного обмена
Различные химические агенты, действуя на насекомых и микробов, нарушают их обмен веществ, иными словами, осуществляют в организме «диверсию» в отношении его химических механизмов. Поиски таких агентов становятся все более эффективными, по мере того как проясняется вопрос о характере процесса обмена веществ.
В этом отношени нельзя пройти мимо заслуг английского биохимика Артура Хардена (1865—1940), который занимался ферментами дрожжевой вытяжки (ранее Бюхнеру удалось доказать, что эта вытяжка не менее активно расщепляет сахара, чем сами дрожжевые клетки). Еще в начале ХХ столетия (1905) Харден обратил внимание, чти дрожжевой экстракт вызывает бурный распад сахара и выделение углекислоты, причем активность процесса со временем снижается. На первый взгляд могло показаться, что эта реакция связана с истощением ферментов в экстракте, но добавлением в раствор небольшого количества фосфата натрия (простое неорганическое соединение) Хардену удалось активизировать действие фермента.
Концентрация неорганического фосфата в процессе ферментативной реакции падает, поэтому Харден стал искать в растворе какое-нибудь органическое соединение фосфора, возникающее, как он полагал, из неорганического фосфата. Им оказалась молекула сахара с двумя присоединившимися фосфатными группами. Открытие Хардена положило начало изучению промежуточного обмена веществ, поискам многочисленных (иногда очень коротко живущих) соединений, которые образуются в процессе химических реакций в тканях организма.
Немецкий биохимик Отто Фриц Мейергоф (1884—1951) в опытах, которые он проводил после окончания первой мировой войны, обнаружил, что мышечное сокращение приводит к исчезновению гликогена (животного крахмала) и появлению определенного количества молочной кислоты. Характерно, что этот процесс происходит без поглощения кислорода. Во время отдыха мышцы часть молочной кислоты окисляется (при этом для покрытия «кислородной задолженности» поглощается молекулярный кислород), а возникающая таким образом энергия дает возможность большей части молочной кислоты вновь превратиться в гликоген. К аналогичному выводу пришел английский физиолог Арчибальд Хилл, проводя опыты по определению количества тепла, образующегося в момент сокращения мышцы.
В 30-е годы американский биохимик Карл Кори и его жена Герти Кори тщательно изучили детали превращения гликогена в молочную кислоту. Выделив из мышечной ткани неизвестное до того времени соединение — глюкозо-1-фосфат (которое теперь называется эфиром Кори), они показали, что это первый продукт распада гликогена. Супруги Кори проследили превращение глюкозо-1-фосфата в серию промежуточных продуктов и установили место каждого в цепи распада. Оказалось, что одним из промежуточных продуктов и является тот самый фосфат сахара, на который впервые указывал Харден несколько десятилетий назад.
Тот факт, что Харден и Кори в поисках продуктов промежуточного обмена натолкнулись на фосфатсодержащие органические соединения, имеет большое значение. Тем самым была установлена важная роль фосфатной группы во многих механизмах биохимических процессов. Американский биохимик Фриц Липман дал объяснение этому явлению. По его мнению, фосфатная группа может занимать в молекуле одно из двух положений — с низкой энергией и с высокой. Энергия, высвобождаемая при распаде молекул крахмала или жира, используется для превращения низкоэнергетических фосфатов в высокоэнергетические. Так происходит сохранение энергии в удобной для организма химической форме. Распад высокоэнергетических фосфатов высвобождает количество энергии, достаточное для осуществления различных химических превращений, идущих с поглощением энергии.
Необходимо отметить, что советские ученые Владимир Александрович Энгельгардт и Милица Николаевна Любимова ещё в 1939 г. доказали, что энергия для мышечного сокращения (белок миозин) возникает в результате некоей химической реакции. Это открытие легло в основу одного из важнейших положений общей биохимии — о трансформировании энергии окислительных процессов в химическую энергию фосфорных соединений, в первую очередь аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), и превращении в живой клетке химической энергии в механическую. Энгельгардт в 1932 г. впервые указал на роль процессов фосфорилирования для накопления легко мобилизуемых запасов энергии в организме.
Те же стадии распада гликогена, которые наступают после расщепления молочной кислоты и происходят с участием кислорода, можно изучать с помощью метода, разработанного и примененного в 1923 г. немецким биохимиком Отто Варбургом. Метод Варбурга позволяет измерять потребление кислорода тонкими срезами живых тканей. Опыты проводят следующим образом: на донышко тонкой U-образной трубки, к которой прикреплена маленькая колба, наливают окрашенный раствор. Углекислота, выделяемая тканями, поглощается щелочным раствором в колбе. Поскольку поглощение кислорода тканями происходит без замещения углекислотой, в колбе создается частичный вакуум и жидкость в U-образной трубке всасывается вверх, по направлению к колбе. Скорость потребления кислорода определяется темпом изменения уровня жидкости, измеряемым в строго контролируемых условиях.
Метод Варбурга позволил изучить влияние различных соединений на потребление кислорода. Соединение, восстанавливающее уровень жидкости после его падения, можно считать промежуточным продуктом в серии реакций, связанных с потреблением кислорода. В этой области большая заслуга принадлежит венгерскому биохимику Альберту Сент-Дьердьи и английскому биохимику Гансу Кребсу. К 1940 г. Кребс выявил все основные этапы превращения молочной кислоты до углекислоты и воды; последовательность этих реакций часто называют циклом Кребса.
В начале 30-х годов появился первый электронный микроскоп. Его отличие от обычного, светового микроскопа заключается в том, что вместо световых лучей в нем используются электронные. Это во много раз увеличивает его разрешающую способность. Русский физик Владимир Зворыкин усовершенствовал электронный микроскоп, приспособив его для нужд цитологии. Стали видны частицы, не превышающие по размеру крупных молекул. Было обнаружено, что протоплазма клетки — это комплекс мелких высокоорганизованных структур, получивших название органелл.
С помощью разработанных в 40-х годах методик удалось расчленить клетку и выделить из ее протоплазмы различные органеллы. Самые крупные из них — митохондрии. В типичной клетке печени содержится до тысячи митохондрий — палочковидных образований длиной 2—5 мкм. Детальное изучение органелл, проведенное американским биохимиком Дэвидом Грином и его сотрудниками, показало, что именно в митохондриях протекают реакции цикла Кребса. В самом деле, здесь идут все реакции с участием катализирующих ферментов, связанные с использованием молекулярного кислорода. Оказалось, что эта маленькая органелла является своеобразной энергетической станцией клетки.