Біохімія

Біохі́мія (від грец. βίος — «життя» і єгип. kēme — «Земля», також біологічна або фізіологічна хімія) — наука про хімічний склад організмів та їхніх складових частин та про хімічні процеси, що протікають в організмах. Наука має справу із структурою та функцією компонентів клітини та речовин організму, таких як білки, вуглеводи, ліпіди,нуклеїнові кислоти та інші біомолекули. Біохімія прагне відповідати на біологічні та біохімічні питання за допомогою хімічних методів.

Хоча існує широкий ряд різних біомолекул, багато з них є полімерами, тобто складними великими молекулами, що складаються з багатьох подібних субодиниць,мономерів. Кожний клас полімерних біомолекул має власний набір типів цих субодиниць. Наприклад, білки є полімерами, що складаються з амінокислот. Біохімія вивчає хімічні властивості важливих біологічних молекул, таких як білки, зокрема хімію реакцій, що каталізуються ферментами.

Крім того, велика частка досліджень з біохімії має справу з метаболізмом клітини та його ендокринною і паракринною регуляцією. Інші області біохімії включають дослідження генетичного коду ДНК і РНК, біосинтез білків, транспорту через біологічні мембрани і передачу сигналів.

Основи біохімії були закладені в середині 19-го століття, коли такі вчені як Фрідріх Велер і Ансельм Паєн зуміли вперше описати хімічні процеси в живих організмах і показати, що вони не відрізняються від звичайних хімічних процесів. Багато робіт на початку 20-го століття привели до розуміння структури білків, проведення біохімічних реакцій (спиртового бродіння) за межами клітини і т. д. У той же час почав застосовуватися і сам термін «біохімія». Основи біохімії в Україні заклав Володимир Іванович Вернадський у 1920-х роках.

Біохімія вивчає структури й функції кліткових компонентів: білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот та інших біомолекул. Крім того, біохімія розглядає розкладенняорганічних речовин, що пов'язано з виникненням ґрунтів, мулу, осадових гірських порід, покладів вугілля, нафти і горючих газів.

Біоорганічна хімія — міждисциплінарна галузь, пов'язана як з хімією, так і з біологією, що вивчає будову та біологічні функції найважливіших компонентів живої матерії, насамперед біополімерів і низькомолекулярних біорегуляторів, акцентуючи увагу на з'ясуванні закономірностей взаємозв'язку між структурою та біологічною дією.

На базі її фундаментальних досліджень створюються технології одержання практично важливих препаратів для медицини, сільського господарства, різних галузейпромисловості.

Історичні відомості: до початку 19 століття існувала загальна впевненість, що життя не підлягає фізичним і хімічним законам, притаманним неживій природі. Вважалося, що лише живі організми здатні виробляти молекули, характерні для них. Лише в 1828 році Фрідріх Велер опублікував роботу про синтез сечовини, здійснений в лабораторних умовах, довівши, що органічні сполуки можуть бути створені штучно. Це відкриття завдало серйозної поразки вченим-віталістам, що заперечували таку можливість.

На той час вже існував фактичний матеріал для первинних біохімічних узагальнень, котрий нагромаджувався в зв'язку з практичною діяльністю людей, спрямованою на виготовлення їжі та вина, одержання пряжі з рослин, очистку шкіри від шерсті за допомогою мікробів, на вивчення складу і властивостей сечі та інших виділень здорової і хворої людини. Після робіт Велера поступово почали встановлюватися такі наукові поняття, як дихання, бродіння, ферментація, фотосинтез. Вивчення хімічного складу і властивостей сполук, виділених з тварин і рослин, стає предметом органічної хімії (хімії органічних сполук).

Початок біохімії також ознаменувався відкриттям першого ферменту, діастази (зараз відомого як амілаза) в 1833 році Ансельмом Паєном. Труднощі, пов'язані з одержанням ферментів з тканин і клітин, використовувались прихильниками віталізму для твердження про неможливість вивчення клітинних ферментів поза живими істотами. Це твердження було спростоване російським лікаркою М. Манассеїною (1871 — 1872), яка запропонувала можливість спостерігати спиртове бродіння в екстрактах розтертих (тобто позбавлених структурної цілісності) дріжджів. У 1896 році ця можливість була підтверджена німецьким вченим Едуардом Бухнером, який зумів експериментально спостерігати цей процес.

Сам термін «біохімія» був вперше запропонований в 1882 році, проте, вважається, широкого використання він набув після робіт німецького хіміка Карла Нойберга в 1903 році. До того часу ця галузь досліджень була відома як фізіологічна хімія. Після цього часу біохімія швидко розвивалася, особливо починаючи з середини 20 століття, перш за все завдяки розробці нових методів, таких якхроматографія, рентгеноструктурний аналіз, ЯМР-спектроскопія, радіоізотопне мічення, електронна та оптична мікроскопія та, нарешті,молекулярна динаміка й інші методи обчислювальної біології. Ці методи дозволили відкриття і детальний аналіз багатьох молекул іметаболічних шляхів клітини, таких як гліколіз і цикл Кребса.

Іншою важливою історичною подією в розвитку біохімії стало відкриття генів та їх роль в передачі інформації в клітині. Це відкриття заклало можливість виникнення на тільки генетики, але й її міждисциплінарної галузі з біохімією, молекулярної біології. В 1950-х рокахДжеймс Ватсон, Френсіс Крік, Розалінда Франклін і Моріс Вілкінс зуміли розшифрувати структуру ДНК та запропонували її зв'язок ізгенетичною передачею інформації в клітині. Також в 1950-х роках Джордж Відль і Едвард Татум довели, що один ген відповідає за синтез одного білка. Із розробкою методів аналізу ДНК, таких як генетичний фінгерпринтінг, в 1988 році Колін Пітчфорк став першою людиною, звинуваченою у вбивстві за допомогою свідоцтва на основі ДНК, що стало першим великим успіхом біохімічної судмедекспертизи. В 200-х роках Андрю Файр і Крег Мелло показали роль РНК-інтерференції (RNAi), в придушенні експресії генів.

Зараз, направлення біохімічних досліджень протікають в трьох напрямках, сформульованих Майклом Шугаром. Біохімія рослин досліджує біохімію переважноавтотрофних організмів та досліджує такі процеси як фотосинтез та інші. Загальна біохімія включає дослідження як рослин, так і тварин і людини, тоді як медична біохімія фокусується переважно на біохімії людини та відхиленнях біохімічних процесів від норми, зокрема в результаті хвороб.