Биохимия

Биохимия (биологическая химия) — наука о химическом составе живой материи и о химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности.

Биохимия традиционно подразделяется на несколько разделов:

• Статическая биохимия занимается анализом химического состава организмов.
• Динамическая биохимия изучает всю совокупность превращений веществ в организме (обмен веществ).
• Функциональная биохимия исследует химические процессы, лежащие в основе конкретных проявлений жизнедеятельности (например, мышечного сокращения, нервного импульса, фотосинтеза).

В зависимости от объекта исследования выделяют биохимию человека (включая медицинскую), биохимию животных, биохимию растений и биохимию микроорганизмов.

Историческое развитие

Как самостоятельная наука биохимия сформировалась на рубеже XIX–XX веков, однако корни её уходят в конец XVIII века. Становление биохимии тесно связано с достижениями органической химии, физиологии и медицины.

Ключевые этапы:

• Начало XIX века: Исследования химического состава растительных и животных клеток. В 1828 году Фридрих Вёлер осуществил синтез мочевины, что подорвало виталистические представления о «жизненной силе».

• Вторая половина XIX века:

  • Установлена структура аминокислот, углеводов и жиров.
  • Эмиль Фишер доказал природу пептидной связи в белках.
  • Накоплены знания о брожении (Юстус Либих, Луи Пастер, Эдуард Бухнер).
  • Климент Аркадьевич Тимирязев заложил основы учения о фотосинтезе.
  • Иоганн Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты.
  • Значительный вклад внесли русские учёные: М. В. Ненцкий, А. Я. Данилевский, В. С. Гулевич, А. Н. Бах.

• Первая половина XX века — «золотой век» биохимии:

  • Сформировалось учение о витаминах и гормонах.
  • Расшифрованы ключевые метаболические пути: гликолиз (Густав Эмбден, Отто Мейергоф, Якуб Оскарович Парнас), цикл трикарбоновых кислот (Ханс Кребс), механизмы биологического окисления (Отто Варбург).
  • В 1926 году Джеймс Самнер доказал белковую природу ферментов, дав импульс развитию энзимологии.
  • В 1939 году Владимир Александрович Энгельгардт и Милица Николаевна Любимова открыли ферментативную (АТФазную) активность мышечного белка миозина.

• К середине 1950-х годов были охарактеризованы основные классы биомолекул и изучены главные пути их превращений.

Современный контекст

Основные направления современных биохимических исследований:

• Молекулярная биология и генетика: Расшифровка механизмов биосинтеза нуклеиновых кислот и белков, изучение генетического кода, молекулярных основ наследственности и патологии.
• Мембранология и биоэнергетика: Изучение строения и функций биологических мембран, механизмов транспорта веществ, преобразования энергии в клетке (хемиосмотическая теория, предложенная Питером Митчеллом в 1960-х годах).
• Клеточная сигнализация и регуляция: Исследование механизмов действия гормонов, нейромедиаторов, факторов роста, внутриклеточных систем передачи сигнала (вторичные мессенджеры).
• Структурная биология: Определение трёхмерной структуры биополимеров (рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, криоэлектронная микроскопия) и установление связи между структурой и функцией.
• Ферментативный катализ: Углублённое изучение механизмов действия ферментов, включая аллостерическую регуляцию.

Биохимия является фундаментом для развития молекулярной биологии, генной инженерии, биотехнологии, фармакологии и современной медицины. Вместе с биофизикой, биоорганической химией и молекулярной генетикой она входит в комплекс наук — физико-химическую биологию, — изучающих физические и химические основы жизни.