Лекция №1 зміст, предмет та задачі дисципліни.

Биохимия может быть определена как химия живых объектов (клеток и организмов). Живые объекты отличаются от неживых своей способностью к метаболизму и воспроизведению (с передачей генетической информации). При этом живые существа являются составной частью природы и подчиняются всем основным законам природы, таким, как законы сохранения массы и энергии и законы термодинамики.

Живые объекты представляют собой открытые системы (с точки зрения термодинамики) или относительно изолированные системы (с точки зрения кибернетики). В обоих случаях это означает, что живые системы участвуют в обмене с окружающей средой. Этот обмен со средой осуществляется с помощью субстратов (источников свободной энергии) и приходящей извне информации (что приводит к снижению энтропии и повышению уровня организации живых систем). Такого рода обмен со средой подчиняется в основном принципу Ле Шателье и приводит к стационарному состоянию системы. Оно может быть охарактеризовано, как динамическое состояние, при котором в каждый данный промежуток времени система получает от окружающей среды те же количества вещества и энергии, что и возвращает в нее, и, таким образом, концентрация их внутри системы остается неизменной. Это является одной из характерных черт живых объектов, которая отличает их от неживых изолированных систем, находящихся в независящем от времени равновесии. В таких неживых системах все количества вещества и энергии остаются неизменными и все процессы прекращаются.

Реакции живых систем протекают, таким образом, во времени и пространстве. В соответствии со степенью развития эти системы различаются степенью сложности структуры.

Структуры живых объектов обычно образуются из простых неорганических и органических веществ и обладают определенной пространственной конфигурацией, которая не отражается их простейшими химическими формулами. Эту особенность необходимо иметь в виду при рассмотрении реакционной способности, часто зависящей от конфигурации. Относительно простые соединения объединяются в макромолекулы и, на- конец, в надмолекулярные структуры, лежащие в основе главных строительных блоков, из которых состоят живые системы,- клетки и их органеллы. Молекулы живых систем имеют определенные размеры и форму, связанные с их функциями в организмах.

Функционирование живых систем основано на биохимических реакциях, протекающих как в уже упомянутых клеточных и субклеточных структурах, так и в растворе цитоплазмы или в межклеточных жидкостях.

Биохимические реакции протекают в сравнительно узком интервале физических и химических параметров, Кроме ограничений в температурах и давлениях это относится также к интервалу концентраций, или активностей водородных ионов (величины рН). Значения рН поддерживаются на нужном уровне буферными системами, подчиняющимися уравнению Гендерсона-Хассельбалха. Относительное постоянство значений рН весьма существенно для того, чтобы предотвратить диссоциацию биологически активных соединений, поскольку в результате может произойти изменение формы и реакционной способности молекул белков и соответственно изменение их структурной стабильности или ферментативной активности. Некоторые биохимические реакции протекают с оптимальной скоростью лишь при определенном осмотическом давлении и ионной силе в среде, где сохраняется строго постоянным соотношение определенных ионов. Все эти факторы оказывают существенное влияние на свойства и функции молекул и степень дисперсности систем. В зависимости от природы раствора и размера растворенных частиц мы различаем истинные растворы, коллоидные растворы и суспензии.

Биохимические реакции могут протекать лишь при соблюдении определенных энергетических требований. Первичным источником энергии на нашей планете является излучение Солнца. Часть этой энергии запасается в форме химической энергии в химических связях различных веществ. В настоящее время на Земле существенно преобладают аэробные условия, и большую часть энергии живые системы получают за счет окислительно-восстановительных процессов (и в первую очередь за счет окисления органических соединений атмосферным кислородом). Протекающие в организмах реакции являются либо экзергоническими (они протекают спонтанно), либо эндергоническими (они требуют для своего осуществления внешний источник энергии). Многие из эндергонических реакций могут протекать лишь потому, что они сопряжены с экзергоническими реакциями. Наиболее распространенным переносчиком энергии является молекула аденозинтрифосфата (АТР).

Биохимические реакции протекают со скоростями, зависящими от концентраций реагирующих молекул и констант скоростей, характерных для данного типа реакции. Эти скорости существенным образом могут быть изменены (обычно повышены) в присутствии катализаторов (ферментов). Вредные воздействия окружающей среды проявляются в первую очередь на ферментативном уровне, ингибируя соответствующие реакции.

Отдельные реакции в живых объектах контролируются самыми различными путями. Этот контроль осуществляется как за счет изменения пространственных факторов (изменения энтропии живых систем), так и за счет изменения скоростей реакций.

Основными этапы развития биохимии, которые сыграли решающую роль в развитии не только биохимии, но и в биологии в целом являются:

1). Открытие нуклеиновых кислот (Ф. Мишер, 1868).

2). Открытие вирусов (Д.И.Ивановский, 1892).

3). Разработка полипептидной теории строения белков (Э. Фишер, 1903­1919).

4). Теория спиралей - вторичной структуры белка (Л. Полинг, Р. Кори, 1951).

5). Открытие уникальных закономерностей состава ДНК (Э. Чаргафф, 1949).

6). Расшифровка структуры ДНК (Дж. Уотсон, Ф. Крик, 1953).

7). Расшифровка генетического кода (А. Корана, М. Ниренберг, 1964-1968). и). Открытие репликации ДНК и ДНК- полимераз (А.Корнберг с сотр. 1955).

8). Схема регуляции активности генов (Ф. Жакоб, Ж. Моно, 1961).

9). Разработка хемиосмотической теории (П. Митчелл, 1961-1966). м). Разработка схемы анаэробного гликолиза (Г. Эмбден, О. Мейергоф, 1921­1927).