Введение

Биофизическая химия как учебная дисциплина для подготовки специалистов естественно-научного профиля преподается уже более 40 лет. Усвоение дисциплины базируется на знаниях в области физики, физической химии, общей биологии, биохимии и др.

Биофизическая химия, являясь преимущественно биологической наукой, поскольку основной объект исследования представляет собой живой организм, в полной мере использует универсальный характер основных физических и химических законов, строгость математических подходов при изучении процессов жизнедеятельности биологических систем. С учётом этого биофизическая химия может быть определена как наука о фундаментальных закономерностях, лежащих в основе биологических явлений, и их практическом приложении для описания биопроцессов.

В своё время основатель квантовой механики Э. Шредингер в своей знаменитой книге «Что такое жизнь? С точки зрения физика» неоднократно подчёркивал, что с позиций физики живой организм относится к открытым термодинамическим системам с непрерывным обменом веществом и энергией с окружающей средой. Во многом именно благодаря этому, биологические науки в большинстве своём носят исключительно описательный характер, в то время как использование современных методов и подходов физики и физической химии при изучении биохимических реакций и биологических систем позволяет выявить научные закономерности процессов, протекающих как на молекулярном уровне в отдельных клетках, так и на уровне популяций живых организмов.

Особый интерес для биотехнологов представляет приложение термодинамики необратимых процессов к живым системам. Кроме важных теоретических выводов о существовании и свойствах сопряжённых реакций, такой подход позволяет на строго научной основе давать стехиометрическое описание не только отдельных биохимических реакций, но и микробиологических процессов в целом, а также трактовать энергетические показатели потребления различных субстратов микробными клетками.

Исключительно важное значение имеет чительно важное значение имеет 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000также приложение закономерностей химической кинетики для описания биохимических реакций. Это объясняется не только широким практическим применением ферментов в промышленности, но и тем, что процессы в живой природе протекают почти исключительно ферментативным путём. Таким образом, количественное изучение и кинетическое описание ферментативных реакций создают научные основы процессов инженерной энзимологии, а для микробиологических производств дают возможность обосновать выбор оптимального режима биосинтеза и открывают новые возможности регулирования и управления жизнедеятельностью микроорганизмов.

Принимая во внимание современные требования и подходы к изучению процессов, протекающих в живых системах, и их практическому применению в промышленности, биофизическая химия играет существенную роль при подготовке специалистов в области биологических технологий.

1. Термодинамическое описание биохимических реакций

Термодинамическое описание биохимических реакций имеет важное значение для теоретического и практического изучения биологических процессов. Такой подход к ферментативным превращениям в биологических объектах позволяет не только учитывать тепловой эффект биохимических реакций, но и оценивать направление отдельных стадий по данным о свободной энергии Гиббса в тех реальных условиях, в которых реакции протекают.

Применение химической термодинамики к биохимическим превращениям имеет ряд особенностей, связанных с их протеканием в водных растворах при низких концентрациях реагентов и в присутствии ферментов.