страничка Пономаревой Юлии

ВВЕДЕНИЕ

Биохимия, или биологическая химия, изучает химический состав организмов и химические превращения веществ и энергии, находящихся в основе жизнедеятельности организмов.

По объектам исследования биохимию разделяют обычно на биохимию растений, животных и микроорганизмов. Биохимия может быть разделена также на статическую биохимию, занимающуюся исследованием химического состава микроорганизмов, растений и животных, и динамическую биохимию, изучающую процессы обмена веществ в организмах. Такое деление отражает исторические этапы в развитии биохимии как науки: прежде чем исследовать химические процессы, лежащие в основе обмена веществ, необходимо изучить химические вещества, которые входят в состав живых организмов и подвергаются превращениям в процессах обмена веществ.

Биохимия, изучающая обмен веществ организмов, с полным правом может быть названа наукой о жизни. Достижения в области биохимии позволяют лучше понять и объяснить процессы, которые находятся в основе жизнедеятельности организмов.

Биохимия как самостоятельная наука выделилась из общего комплекса биологических и химических наук во второй половине XIX в., но ее элементы были известны еще в глубокой древности. Например, в доисторические времена были известны и практически использовались процессы ферментации: брожение виноградного сока, варка пива, приготовление спиртных напитков из меда. Однако все эти биохимические процессы были объяснены и изучены значительно позднее.

Развитие науки в конце XVIII - начале XIX вв. позволило выделить из растений ряд органических кислот (яблочная, щавелевая, лимонная, молочная) и алкалоидов. Было показано, что в составе всех жиров содержится глицерин. При окислении сахара была получена муравьиная кислота. В тот же период Лавуазье выяснил химизм дыхания и горения; он установил, что при дыхании в организмах медленно окисляется углерод и водород; этот процесс во многом сходен с обычным горением. К концу XVIII - началу XIX вв. относятся первые научные наблюдения над действием ферментов. В 1783 г. Спаланцани отметил, что мясо разжижается под действием желудочного сока хищных птиц. В 1814 г. Русский в ученый К.С. Кирхгоф показал, что в прорастающем зерне пшеницы содержится вещество, способное превращать крахмал в сахар и декстрин, а в 1833 г. Пайон и Персо выделили из солода это вещество, которое было названо амилазой. В 1836 г. Шванн описал фермент пепсин.

В XIX в. крупные успехи были достигнуты в статической биохимии и в изучении обмена веществ в организмах. Используя новые методы исследования, Либих определил состав многих пищевых продуктов, разделил входящие в них вещества на белки, углеводы и жиры и установил содержание азота в белках. Важные результаты в исследовании химизма белков были получены Н.Э. Лясковским и А.Я. Данилевским. В 1884 г. А.Я. Данилевский впервые с помощью ферментов получил белковоподобные вещества. Несколько позднее Э. Фишер синтезировал ряд полипептидов. В 1880 г., Н.И. Лунин открыл витамины.

Установление химического состава растений, открытие ферментов и выяснение их роли б обмене веществ, открытие витаминов и гормонов, развитие химии аминокислот и белков, жиров и углеводов создали возможность формирования динамической биохимии, с развитием которой стали создаваться единые представления об общих закономерностях процессов обмена веществ и превращений энергии в живых организмах.

Работы русских и советских ученых оказали огромное влияние на развитие биохимии. Имена многих наших ученых приобрели мировую известность. Всемирно признанными стали труды К.А. Тимирязева в области фотосинтеза, физики и химии хлорофилла; М.С. Цвета, который разработал хроматографический анализ, изучал хлорофилл и растительные каротиноиды; С.Н. Виноградского по биохимии микробов; Д.И. Ивановского, открывшего фильтрующиеся вирусы. Отечественные ученые И.П. Бородин, А.Н. Бах, В.И. Палладии, С.П. Костычев, Л.А. Иванов, А.Н. Лебедев выполнили крупные работы по выяснению химизма процессов брожения и дыхания. Многие из этих исследований считаются классическими. Д.Н. Прянишников является основоположником современных представлений о роли азота в жизни растений и обмене азотистых соединений в них. Широко известны также биохимические работы учеников Д.Н. Прянишникова - В.С. Буткевича, А.И. Смирнова, А.А. Шмука и других. Биохимические аспекты происхождения жизни на Земле получили развитие в трудах А.И. Опарина.

В нашей стране интенсивно изучаются биохимические особенности важнейших сельскохозяйственных растений. В этом отношении большую роль сыграли работы Н.Н. Иванова и ряда других советских ученых. В настоящее время проблемы биохимии растений разрабатываются во многих научных учреждениях: Институте физиологии растений имени К.А. Тимирязева, Институте природных соединений, на кафедрах биологической химии университетов и в сельскохозяйственных учебных заведениях. Исследования в области частной биохимии растений проводятся также в отраслевых институтах Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина (ВАСХНИЛ).

Значение биохимии с каждым годом возрастает в самых различных областях - особенно в медицине, в промышленности, связанной с переработкой сельскохозяйственного сырья, в генетике и селекции растений и животных.

Цель возделывания сельскохозяйственных растений - получение определенных химических веществ: белков, жиров, крахмала, сахара, клетчатки, витаминов, алкалоидов, каучука, эфирных масел и других веществ, которые используются в питании человека, на корм сельскохозяйственных животных или служат сырьем для промышленности.

При выращивании растений агроном стремится получить наибольший урожай высокого качества. Но чтобы оказывать нужное влияние на формирование урожая и его качество, необходимо, кроме общих агрономических знаний, иметь представление о процессах обмена веществ в растениях на разных периодах их роста и развития.

Благодаря успехам биохимии в основном раскрыт химизм таких важнейших звеньев обмена веществ, как дыхание и брожение, фотосинтез, обмен азотистых соединений, образование и распад жиров, синтез и взаимные превращения углеводов и органических кислот и многие другие процессы.

Наряду с изучением химизма обмена веществ внутри организмов исследовано влияние многих факторов внешней среды на его отдельные звенья и на количественную и качественную изменчивость химического состава растений. К числу таких факторов относятся температура, влажность почв, особенности питания, количество и качество света, почвенные условия, агротехника, действие стимуляторов роста и т.д.

Под влиянием внешних факторов могут наблюдаться изменения содержания отдельных химических веществ в растениях. Например, количество жира в масличных культурах уменьшается при продвижении с севера на юг. Одновременно изменяется и качество жира, в частности снижается содержание в нем непредельных, ненасыщенных жирных кислот. Большее количество непредельных кислот образуется при лучшей обеспеченности растений влагой и при сравнительно пониженных температурах в течение вегетационного периода. Под действием условий выращивания может изменяться аминокислотный состав растений, относительное содержание органических кислот, качество эфирного масла и т. д.

Таким образом, знание биохимических особенностей растений, знание процессов обмена веществ в растениях и внешних факторов, которые тем или иным путем влияют на обмен веществ и химический состав растений, необходимо агроному для получения высоких урожаев наилучшего качестве.

Несмотря на огромную важность прикладной биохимии, еще более быстрыми темпами развивается общая биохимия, в задачу которой входит глубокое изучение процессов обмена веществ и энергии в живых организмах, управление этими процессами, познание существа жизненных явлений.

Биохимия развивается на основе теории химии, ее методов, а также современных достижений биологической науки. У биохимии выработались свои методы исследования, которые существенно отличаются от обычных химических или биологических. Главное их отличие от химических методов заключается в том, что биохимик почти всегда имеет дело с живыми объектами, и при изучении процессов обмена веществ в них необходимо использовать более гибкие и быстрые методы анализов. Методы, разработанные другими науками, которые могут помочь раскрыть отдельные звенья процессов обмена веществ, также широко применяются биохимиками. Примером может служить использование изотопных методов, которые нашли наиболее широкое применение именно в биохимии.

Биохимия сельскохозяйственных растений тесно связана с рядом других наук, которые входят в цикл подготовки агронома - с органической химией, агрохимией, физиологией растений.

В последние десятилетия биохимия достигла крупных успехов и проникает буквально во все области биологических наук. Однако при огромном количестве проблем, которые разрешает сейчас биохимия, основными являются изучение белков, нуклеиновых кислот, фотосинтеза и связанные с ними вопросы ферментологии. Именно в этих областях достигнуты наиболее крупные успехи, и уже в ближайшем будущем мы вправе ожидать воспроизведения синтеза белка и фотосинтеза вне живых организмов.