Биомасса нашей планеты складывается из представителей всех царств живой природы: животных, растений, грибов, вирусов, бактерий. Численность представителей каждого царства настолько велика, что остается только удивляться, как мы все помещаемся на Земле. Но, несмотря на такое многообразие, все живое на планете объединяет несколько основных особенностей.
Общность всего живого
Доказательства складываются из нескольких основных особенностей живых организмов:
- необходимости в питании (потреблении энергии и преобразовании ее внутри организма);
- потребности в дыхании (биологическом окислении);
- способности к размножению;
- росте и развитии в течение жизненного цикла.
Любой из перечисленных процессов представлен в организме массой химических реакций. Ежесекундно внутри любого живого существа, а тем более человека, происходят сотни реакций синтеза и распада органических молекул. Структура, особенности химического воздействия, взаимодействие друг с другом, синтез, распад и построение новых структур молекул органического и неорганического строения - все это предмет изучения большой, интересной и разнообразной науки. Биохимия - это молодая прогрессивная область знания, изучающая все химические процессы, происходящие внутри живых существ.
Объект
Объектом изучения биохимии являются только живые организмы и все происходящие в них процессы жизнедеятельности. А конкретно - химические реакции, происходящие при поглощении пищи, выделении продуктов жизнедеятельности, росте и развитии. Так, основы биохимии составляет изучение:
- Неклеточных форм жизни - вирусов.
- Прокариотических клеток бактерий.
- Высших и низших растений.
- Животных всех известных классов.
- Организма человека.
При этом сама биохимия - это наука достаточно молодая, возникшая только с накоплением достаточного количества знаний о внутренних процессах в живых существах. Ее возникновение и обособление датируется второй половиной XIX века.
Современные разделы биохимии
На современном этапе развития биохимия включает в себя несколько основных разделов, которые представлены в таблице.
Раздел | Определение | Объект изучения |
Динамическая биохимия | Изучает химические реакции, лежащие в основе взаимопревращения молекул внутри организма | Метаболиты - простые молекулы и их производные, образующиеся в результате обмена энергии; моносахариды, жирные кислоты, нуклеотиды, аминокислоты |
Статическая биохимия | Изучает химический состав внутри организмов и структуру молекул | Витамины, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, нуклеотиды, липиды, гормоны |
Биоэнергетика | Занимается изучением поглощения, накопления и преобразования энергии в живых биологических системах | Один из разделов динамической биохимии |
Функциональная биохимия | Изучает подробности всех физиологических процессов организма | Питание и пищеварение, дыхание, регуляция кислотно-щелочного баланса, мышечные сокращения, проведение нервного импульса, регуляция печени и почек, действие иммунной и лимфатической систем и так далее |
Медицинская биохимия (биохимия человека) | Изучает процессы метаболизма в организме людей (в здоровых организмах и при заболеваниях) | Эксперименты на животных позволяют вывести чистые культуры патогенных бактерий, вызывающих заболевания у людей, и найти способы борьбы с ними |
Таким образом, можно сказать, что биохимия - это целый комплекс маленьких наук, которые охватывают все многообразие сложнейших внутренних процессов живых систем.
Дочерние науки
С течением времени накопилось настолько много различных знаний и сформировалось столько научных навыков обработки результатов исследований, выведения бактериальных колоний, репликации ДНК и РНК, встраивания заведомо известных участков генома с заданными свойствами и так далее, что появилась необходимость в дополнительных науках, которые являются дочерними для биохимии. Это такие науки, как:
- молекулярная биология;
- генная инженерия;
- генная хирургия;
- молекулярная генетика;
- энзимология;
- иммунология;
- молекулярная биофизика.
Каждая из перечисленных областей знаний имеет массу достижений в изучении биопроцессов в живых биологических системах, поэтому является очень важной. Все они относятся к наукам XX века.
Причины интенсивного развития биохимии и дочерних наук
В 1958 г. Корана открыл ген и его структуру, после чего в 1961 г. был расшифрован генетический код. Затем было установлено строение молекулы ДНК - двухцепочечная структура, способная к редупликации (самовоспроизведению). Были описаны все тонкости процессов метаболизма (анаболизм и катаболизм), изучена третичная и четвертичная структура белковой молекулы. И это далеко не полный список грандиозных по значимости открытий XX века, которые и составляют основу биохимии. Все эти открытия принадлежат биохимикам и самой науке как таковой. Поэтому предпосылок для ее развития множество. Можно выделить несколько современных причин ее динамичности и интенсивности в становлении.
- Выявлены основы большинства химических процессов, происходящих в живых организмах.
- Сформулирован принцип единства в большинстве физиологических и энергетических процессов для всех живых существ (например, они одинаковы у бактерий и человека).
- Медицинская биохимия позволяет получить ключ к лечению массы различных сложных и опасных заболеваний.
- При помощи биохимии стало возможным подобраться к решению самых глобальных вопросов биологии и медицины.
Отсюда вывод: биохимия - это прогрессивная, важная и очень широко спектральная наука, позволяющая найти ответы на многие вопросы человечества.
Биохимия в России
В нашей стране биохимия является такой же прогрессивной и важной наукой, как и в целом мире. На территории России действуют Институт биохимии им. А. Н. Баха РАН, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, НИИ биохимии СО РАН. Нашим ученым принадлежит большая роль и множество заслуг в истории развития науки. Так, например, был открыт метод иммуноэлектрофареза, механизмы гликолиза, сформулирован принцип комплементарности нуклеотидов в структуре молекулы ДНК и сделан ряд других важных открытий. В конце XIX и начале XX в. в основном были сформированы не целые институты, а кафедра биохимии в некоторых из вузов. Однако вскоре появилась необходимость расширить пространство для изучения данной науки в связи с ее интенсивным развитием.
Биохимические процессы растений
Биохимия растений неразрывно связана с физиологическими процессами. В целом, предметом изучения биохимии и физиологии растений является:
- жизнедеятельность растительной клетки;
- фотосинтез;
- дыхание;
- водный режим растений;
- минеральное питание;
- качество урожая и физиология его формирования;
- устойчивость растений к вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды.
Значение для сельского хозяйства
Знание глубинных процессов биохимии в растительных клетках и тканях позволяют повышать качество и количество урожая культурных сельскохозяйственных растений, являющихся массовыми производителями важных продуктов питания для всего человечества. Кроме того, физиология и биохимия растений позволяют находить пути решения проблем заражения вредителями, устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, дают возможность повысить качество продукции растениеводства.
