Sống và không sống? Hóa học và hóa sinh? Đâu là ranh giới giữa chúng? Và liệu cô ấy có tồn tại? Kết nối ở đâu? Chìa khóa để làm sáng tỏ những vấn đề này từ lâu đã được bản chất giữ kín đằng sau bảy ổ khóa. Và chỉ trong thế kỷ 20, người ta mới có thể tiết lộ một chút bí mật của sự sống, và nhiều câu hỏi cơ bản đã được làm sáng tỏ khi các nhà khoa học tiến tới nghiên cứu ở cấp độ phân tử. Kiến thức về cơ sở vật lý và hóa học của các quá trình sống đã trở thành một trong những nhiệm vụ chính của khoa học tự nhiên, và theo hướng này, đã thu được những kết quả thú vị nhất, có ý nghĩa lý thuyết cơ bản và hứa hẹn một kết quả to lớn trong thực tế. .

Hóa học từ lâu đã để mắt đến các chất tự nhiên tham gia vào các quá trình sống.

Trong hai thế kỷ qua, hóa học đã đóng một vai trò quan trọng trong kiến ​​thức về tự nhiên sống. Ở giai đoạn đầu, nghiên cứu hóa học mang tính mô tả trong tự nhiên, các nhà khoa học đã phân lập và đặc trưng cho các chất tự nhiên khác nhau, các chất thải của vi sinh vật, thực vật và động vật, thường có các đặc tính có giá trị (thuốc, thuốc nhuộm, v.v.). Tuy nhiên, chỉ tương đối gần đây, hóa học truyền thống của các hợp chất tự nhiên mới được thay thế bằng hóa sinh hiện đại với mong muốn không chỉ mô tả mà còn giải thích, và không chỉ đơn giản nhất mà còn phức tạp nhất trong các sinh vật sống.

Hóa sinh ngoài tổ chức

Hóa sinh ngoài tổ chức với tư cách là một khoa học hình thành vào giữa thế kỷ 20, khi các lĩnh vực sinh học mới bùng nổ, được hỗ trợ bởi những thành tựu của các ngành khoa học khác, và khi các chuyên gia của một tư duy mới đến với khoa học tự nhiên, được hợp nhất bởi mong muốn và mong muốn mô tả chính xác hơn thế giới sống. Và không phải ngẫu nhiên mà dưới cùng một mái nhà cổ kính ở 18 Akademichesky proezd lại có hai viện mới được tổ chức đại diện cho những xu hướng mới nhất trong khoa học hóa học và sinh học lúc bấy giờ - Viện Hóa học các hợp chất tự nhiên và Viện Bức xạ và Sinh học Hóa lý. Hai tổ chức này được định sẵn để bắt đầu một cuộc chiến ở đất nước chúng ta để có được kiến ​​thức về cơ chế của các quá trình sinh học và làm sáng tỏ chi tiết về cấu trúc của các chất hoạt động sinh lý.

Đến thời kỳ này, cấu trúc độc đáo của đối tượng chính của sinh học phân tử - axit deoxyribonucleic (DNA), "chuỗi xoắn kép" nổi tiếng, đã trở nên rõ ràng. (Đây là một phân tử dài, trên đó, giống như trên băng hoặc ma trận, "văn bản" đầy đủ của tất cả thông tin về cơ thể được ghi lại.) Cấu trúc của protein đầu tiên, hormone insulin, xuất hiện và sự tổng hợp hóa học của hormone oxytocin đã được thực hiện thành công.

Và trên thực tế, hóa sinh là gì, nó làm gì?

Khoa học này nghiên cứu các cấu trúc tự nhiên và nhân tạo (tổng hợp) quan trọng về mặt sinh học, các hợp chất hóa học - cả chất tạo màng sinh học và chất có trọng lượng phân tử thấp. Chính xác hơn là các kiểu kết nối của cấu trúc hóa học cụ thể của chúng với chức năng sinh lý tương ứng. Hóa học tổ chức sinh học quan tâm đến cấu trúc tốt của phân tử một chất quan trọng về mặt sinh học, các liên kết bên trong của nó, động lực học và cơ chế cụ thể của sự thay đổi của nó, vai trò của mỗi liên kết trong việc thực hiện một chức năng.

Hóa sinh là chìa khóa để hiểu protein

Hóa học sinh vật chắc chắn đã có những bước tiến lớn trong việc nghiên cứu các chất protein. Trở lại năm 1973, việc làm sáng tỏ cấu trúc cơ bản hoàn chỉnh của enzyme aspartate aminotransferase, bao gồm 412 gốc axit amin, đã được hoàn thành. Nó là một trong những chất xúc tác sinh học quan trọng nhất của cơ thể sống và là một trong những protein được giải mã cấu trúc lớn nhất. Sau đó, cấu trúc của các protein quan trọng khác cũng được xác định - một số độc tố thần kinh từ nọc độc của rắn hổ mang Trung Á, được sử dụng trong nghiên cứu cơ chế truyền kích thích thần kinh như các chất chẹn cụ thể, cũng như hemoglobin thực vật từ các nốt lupin vàng. và actinoxanthin protein chống bạch cầu.

Mối quan tâm lớn là rhodopsin. Từ lâu, người ta đã biết rhodopsin là protein chính tham gia vào quá trình tiếp nhận thị giác ở động vật, và nó được phân lập từ các hệ thống đặc biệt của mắt. Protein duy nhất này nhận tín hiệu ánh sáng và cung cấp cho chúng ta khả năng nhìn. Người ta đã phát hiện ra rằng một loại protein giống rhodopsin cũng xuất hiện ở một số vi sinh vật, nhưng có một chức năng rất khác (vì vi khuẩn "không thể nhìn thấy"). Ở đây anh ta là một cỗ máy năng lượng, tổng hợp các chất giàu năng lượng với chi phí là ánh sáng. Cả hai loại protein đều rất giống nhau về cấu trúc, nhưng mục đích của chúng về cơ bản là khác nhau.

Một trong những đối tượng quan trọng nhất của nghiên cứu là một loại enzyme liên quan đến việc thực hiện thông tin di truyền. Di chuyển dọc theo ma trận DNA, nó đọc, như nó vốn có, thông tin di truyền được ghi lại trong đó và trên cơ sở này, tổng hợp axit ribonucleic thông tin. Đến lượt nó, phần sau đóng vai trò như một chất nền để tổng hợp protein. Enzyme này là một loại protein khổng lồ, trọng lượng phân tử của nó lên tới nửa triệu (hãy nhớ rằng: nước chỉ có 18) và bao gồm một số tiểu đơn vị khác nhau. Việc làm sáng tỏ cấu trúc của nó nhằm giúp trả lời câu hỏi quan trọng nhất của sinh học: cơ chế "loại bỏ" thông tin di truyền là gì, cách giải mã văn bản được viết bằng DNA - chất chính của di truyền.

Peptide

Các nhà khoa học không chỉ bị thu hút bởi protein, mà còn bởi các chuỗi axit amin ngắn hơn được gọi là peptit. Trong số đó có hàng trăm chất có ý nghĩa sinh lý lớn. Vasopressin và angiotensin tham gia vào quá trình điều hòa huyết áp, gastrin kiểm soát sự tiết dịch vị, gramicidin C và polymyxin là những chất kháng sinh, bao gồm những chất được gọi là trí nhớ. Thông tin sinh học khổng lồ được ghi lại trong một chuỗi ngắn với một số "chữ cái" của các axit amin!

Ngày nay, chúng ta có thể lấy nhân tạo không chỉ bất kỳ peptit phức tạp nào, mà còn cả một protein đơn giản, chẳng hạn như insulin. Rất khó để đánh giá quá cao tầm quan trọng của những công trình như vậy.

Một phương pháp đã được tạo ra để phân tích phức tạp cấu trúc không gian của các peptit bằng cách sử dụng nhiều phương pháp vật lý và tính toán. Nhưng cấu trúc thể tích phức tạp của peptit quyết định tất cả các chi tiết cụ thể của hoạt động sinh học của nó. Cấu trúc không gian của bất kỳ hoạt chất sinh học nào, hoặc, như người ta nói, cấu trúc của nó, là chìa khóa để hiểu cơ chế hoạt động của nó.

Trong số các đại diện của một nhóm hệ thống peptit mới - depsipeltide - một nhóm các nhà khoa học đã phát hiện ra các chất có bản chất kỳ diệu, có khả năng vận chuyển chọn lọc các ion kim loại qua màng sinh học, được gọi là ionophores. Đứng đầu trong số đó là valinomycin.

Việc phát hiện ra ionophores đã tạo nên cả một kỷ nguyên trong công nghệ màng, vì nó có thể thay đổi định hướng sự vận chuyển của các ion kim loại kiềm - kali và natri - thông qua các màng sinh học. Sự vận chuyển của các ion này gắn liền với quá trình kích thích thần kinh, quá trình hô hấp và quá trình tiếp nhận - cảm nhận các tín hiệu từ môi trường bên ngoài. Sử dụng ví dụ về valinomycin, có thể chỉ ra cách các hệ thống sinh học có thể chỉ chọn một ion từ hàng chục ion khác, liên kết nó thành một phức hợp có thể vận chuyển thuận tiện và chuyển nó qua màng. Đặc tính tuyệt vời này của valinomycin nằm ở cấu trúc không gian của nó, giống như một chiếc vòng tay openwork.

Một loại ionophore khác là kháng sinh gramicidin A. Đây là một chuỗi mạch thẳng gồm 15 axit amin, trong không gian tạo thành một chuỗi xoắn của hai phân tử, và như người ta đã tìm thấy, đây là một chuỗi xoắn kép thực sự. Chuỗi xoắn kép đầu tiên trong hệ thống protein! Và cấu trúc xoắn ốc, được xây dựng trong màng, tạo thành một loại lỗ rỗng, một kênh dẫn các ion kim loại kiềm đi qua màng. Mô hình đơn giản nhất của một kênh ion. Rõ ràng là tại sao gramicidin lại gây ra một cơn bão như vậy trong ngành màng. Các nhà khoa học đã thu được nhiều chất tương tự tổng hợp của gramicidin; nó đã được nghiên cứu chi tiết trên các màng sinh học và nhân tạo. Có bao nhiêu vẻ đẹp và ý nghĩa trong một phân tử dường như nhỏ bé như vậy!

Không phải không có sự trợ giúp của valinomycin và gramicidin, các nhà khoa học đã bị thu hút vào nghiên cứu màng sinh học.

màng sinh học

Nhưng thành phần của màng bao giờ cũng bao gồm thêm một thành phần chính quyết định tính chất của chúng. Đây là những chất giống như chất béo, hoặc lipid. Các phân tử lipid có kích thước nhỏ nhưng chúng tạo thành những quần thể khổng lồ bền chắc tạo thành một lớp màng liên tục. Các phân tử protein được nhúng trong lớp này - và đây là một trong những mô hình của màng sinh học.

Tại sao các tấm màng sinh học lại quan trọng? Nói chung, màng là hệ thống điều tiết quan trọng nhất của cơ thể sống. Hiện nay, giống như các màng sinh học, các phương tiện kỹ thuật quan trọng đang được tạo ra - vi điện cực, cảm biến, bộ lọc, pin nhiên liệu ... Và những triển vọng xa hơn về việc sử dụng các nguyên lý màng trong công nghệ là thực sự vô hạn.

Các mối quan tâm khác về hóa sinh

Một vị trí nổi bật được chiếm lĩnh bởi nghiên cứu về hóa sinh của axit nucleic. Chúng nhằm mục đích giải mã cơ chế gây đột biến hóa học, cũng như tìm hiểu bản chất của mối quan hệ giữa axit nucleic và protein.

Sự chú ý đặc biệt từ lâu đã được tập trung vào tổng hợp gen nhân tạo. Một gen, hay nói một cách đơn giản, là một phần có ý nghĩa về mặt chức năng của DNA, ngày nay đã có thể thu được bằng cách tổng hợp hóa học. Đây là một trong những lĩnh vực quan trọng của “công nghệ gen” đang thịnh hành hiện nay. Các công trình ở giao điểm của hóa học hữu cơ sinh học và sinh học phân tử đòi hỏi sự thành thạo của các kỹ thuật phức tạp nhất, sự hợp tác thân thiện của các nhà hóa học và sinh học.

Một lớp khác của biopolyme là carbohydrate, hoặc polysaccharid. Chúng ta biết những đại diện tiêu biểu của nhóm chất này - xenlulozơ, tinh bột, glycogen, đường củ cải. Nhưng trong một cơ thể sống, carbohydrate thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Đây là sự bảo vệ tế bào khỏi kẻ thù (miễn dịch), nó là thành phần quan trọng nhất của thành tế bào, một thành phần của hệ thống thụ thể.

Cuối cùng là thuốc kháng sinh. Trong các phòng thí nghiệm, cấu trúc của các nhóm kháng sinh quan trọng như streptothricin, olivomycin, albofungin, abikovchromycin, axit aureolic, có hoạt tính kháng u, kháng virus và kháng khuẩn, đã được làm sáng tỏ.

Không thể kể hết những tìm kiếm và thành tựu của hóa học hữu cơ sinh học. Chỉ có thể nói một cách chắc chắn rằng các nhà hữu cơ sinh học có nhiều kế hoạch hơn họ đã làm.

Hóa sinh hợp tác chặt chẽ với sinh học phân tử, lý sinh học, nghiên cứu sự sống ở cấp độ phân tử. Nó trở thành nền tảng hóa học của những nghiên cứu này. Việc tạo ra và sử dụng rộng rãi các phương pháp mới, các khái niệm khoa học mới góp phần vào sự tiến bộ hơn nữa của sinh học. Tiếp theo, đến lượt nó, kích thích sự phát triển của khoa học hóa học.

HÓA HỌC (hóa học sinh học), một ngành khoa học nghiên cứu thành phần hóa học của các vật thể sống, cấu trúc và cách thức biến đổi của các hợp chất tự nhiên trong tế bào, cơ quan, mô và toàn bộ sinh vật, cũng như vai trò sinh lý của các biến đổi hóa học riêng lẻ và quy luật của quy định của họ. Thuật ngữ "hóa sinh" được đưa ra bởi nhà khoa học người Đức K. Neuberg vào năm 1903. Đối tượng, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu hóa sinh liên quan đến việc nghiên cứu tất cả các biểu hiện của sự sống ở cấp độ phân tử; trong hệ thống các môn khoa học tự nhiên, nó chiếm lĩnh một lĩnh vực độc lập, liên quan như nhau đến cả sinh học và hóa học. Hóa sinh theo truyền thống được chia thành tĩnh, liên quan đến việc phân tích cấu trúc và tính chất của tất cả các hợp chất hữu cơ và vô cơ tạo nên các vật thể sống (bào quan tế bào, tế bào, mô, cơ quan); động, nghiên cứu toàn bộ sự biến đổi của các hợp chất riêng lẻ (trao đổi chất và năng lượng); chức năng, nghiên cứu vai trò sinh lý của các phân tử của các hợp chất riêng lẻ và sự biến đổi của chúng trong các biểu hiện nhất định của hoạt động sống, cũng như quá trình hóa sinh so sánh và tiến hóa, xác định sự giống và khác nhau trong thành phần và sự trao đổi chất của các sinh vật thuộc các nhóm phân loại khác nhau. Tùy thuộc vào đối tượng nghiên cứu mà phân biệt hóa sinh của người, thực vật, động vật, vi sinh vật, máu, cơ bắp, hóa thần kinh, v.v., và theo kiến ​​thức sâu hơn và chuyên ngành của chúng, enzym học, nghiên cứu cấu trúc và cơ chế hoạt động của các enzym. , hóa sinh của cacbohydrat, lipid, axit nucleic, trở thành các phần độc lập. axit, màng. Căn cứ vào mục đích và mục tiêu, người ta thường chia hóa sinh thành hóa sinh y tế, nông nghiệp, kỹ thuật, dinh dưỡng, v.v.

Hình thành hóa sinh vào thế kỷ 16-19. Sự hình thành của hóa sinh với tư cách là một ngành khoa học độc lập gắn liền với sự phát triển của các ngành khoa học tự nhiên khác (hóa học, vật lý) và y học. Đóng góp đáng kể vào sự phát triển của hóa học và y học trong thế kỷ 16 - nửa đầu thế kỷ 17 được thực hiện bởi iatrochemistry. Các đại diện của nó đã nghiên cứu dịch tiêu hóa, mật, quá trình lên men,… và đưa ra các câu hỏi về sự biến đổi của các chất trong cơ thể sống. Paracelsus đi đến kết luận rằng các quá trình xảy ra trong cơ thể con người là các quá trình hóa học. J. Silvius rất chú trọng đến tỷ lệ chính xác của axit và kiềm trong cơ thể con người, như ông tin tưởng, việc vi phạm tỷ lệ này là nguyên nhân dẫn đến nhiều căn bệnh. Ya. B. van Helmont đã cố gắng thiết lập cách thức tạo ra chất của thực vật. Vào đầu thế kỷ 17, nhà khoa học người Ý S. Santorio, sử dụng một chiếc máy ảnh do ông thiết kế đặc biệt, đã cố gắng thiết lập tỷ lệ giữa lượng thức ăn đưa vào và chất bài tiết của con người.

Cơ sở khoa học của hóa sinh được đặt ra vào nửa sau của thế kỷ 18, được tạo điều kiện thuận lợi bởi những khám phá trong lĩnh vực hóa học và vật lý (bao gồm việc khám phá và mô tả một số nguyên tố hóa học và hợp chất đơn giản, công thức của các định luật khí, việc phát hiện ra các định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng), sử dụng các phương pháp hóa học phân tích trong sinh lý học. Vào những năm 1770, A. Lavoisier đã đưa ra ý tưởng về sự giống nhau của quá trình đốt cháy và quá trình hô hấp; xác định rằng hô hấp của con người và động vật theo quan điểm hóa học là một quá trình oxy hóa. J. Priestley (1772) đã chứng minh rằng thực vật thải ra oxy cần thiết cho sự sống của động vật, và nhà thực vật học người Hà Lan J. Ingenhaus (1779) đã xác định rằng việc thanh lọc không khí "hư hỏng" chỉ được thực hiện bởi các bộ phận xanh của thực vật và chỉ trong ánh sáng (những công trình này đặt nền tảng cho việc nghiên cứu quang hợp). L. Spallanzani đề xuất coi tiêu hóa là một chuỗi biến đổi hóa học phức tạp. Đến đầu thế kỷ 19, một số chất hữu cơ (urê, glycerin, citric, malic, lactic và axit uric, glucose, v.v.) đã được phân lập từ các nguồn tự nhiên. Năm 1828, F. Wöhler lần đầu tiên thực hiện quá trình tổng hợp hóa học urê từ amoni cyanate, qua đó lật tẩy ý tưởng vẫn tồn tại cho đến thời điểm đó về khả năng tổng hợp các hợp chất hữu cơ chỉ bằng các sinh vật sống và chứng minh sự mâu thuẫn của thuyết sống còn. Năm 1835 I. Berzelius đưa ra khái niệm xúc tác; ông công nhận rằng quá trình lên men là một quá trình xúc tác. Năm 1836, nhà hóa học người Hà Lan G. Ya Mulder lần đầu tiên đề xuất một lý thuyết về cấu trúc của các chất protein. Dần dần, dữ liệu được tích lũy về thành phần hóa học của các sinh vật động thực vật và các phản ứng hóa học xảy ra trong chúng; vào giữa thế kỷ 19, một số enzym (amylase, pepsin, trypsin, v.v.) đã được mô tả. Trong nửa sau của thế kỷ 19, một số thông tin đã thu được về cấu trúc và sự biến đổi hóa học của protein, chất béo và carbohydrate cũng như quá trình quang hợp. Năm 1850-55, C.Bernard đã phân lập glycogen từ gan và thiết lập sự chuyển đổi của nó thành glucose đi vào máu. Các công trình của I. F. Misher (1868) đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu axit nucleic. Năm 1870, J. Liebig đã công thức hóa bản chất hóa học của hoạt động của các enzym (các nguyên tắc cơ bản của nó vẫn giữ nguyên ý nghĩa cho đến ngày nay); năm 1894, E. G. Fisher là người đầu tiên sử dụng enzym làm chất xúc tác sinh học cho các phản ứng hóa học; ông đã đi đến kết luận rằng chất nền tương ứng với enzyme như một "chìa khóa của ổ khóa". L. Pasteur kết luận rằng lên men là một quá trình sinh học đòi hỏi các tế bào nấm men sống, do đó bác bỏ lý thuyết hóa học về quá trình lên men (J. Berzelius, E. Mitcherlich, J. Liebig), theo đó quá trình lên men đường là một phản ứng hóa học phức tạp. Sự sáng tỏ cuối cùng đã được đưa ra để giải quyết vấn đề này sau khi E. Buchner (1897, cùng với anh trai của ông, G. Buchner) chứng minh khả năng gây lên men của chiết xuất tế bào vi sinh vật. Công việc của họ đã đóng góp vào kiến ​​thức về bản chất và cơ chế hoạt động của các enzym. Ngay sau đó A. Garden phát hiện ra rằng quá trình lên men đi kèm với sự kết hợp của photphat vào các hợp chất cacbohydrat, đóng vai trò như một động lực để phân lập và xác định các este photpho cacbohydrat và hiểu được vai trò quan trọng của chúng trong các biến đổi sinh hóa.

Sự phát triển của ngành hóa sinh ở Nga trong thời kỳ này gắn liền với tên tuổi của A. Ya. Danilevsky (nghiên cứu về protein và enzym), M. V. Nentsky (nghiên cứu về con đường hình thành urê trong gan, cấu trúc của diệp lục và huyết sắc tố), V. S. Gulevich (sinh hóa của mô cơ, các chất chiết xuất của cơ), S. N. Vinogradsky (phát hiện ra quá trình tổng hợp hóa học ở vi khuẩn), M. S. Tsveta (tạo ra phương pháp phân tích sắc ký), A. I. Bach (thuyết peroxit về quá trình oxy hóa sinh học), v.v ... Bác sĩ người Nga N. I. Lunin đã mở đường cho con đường cho việc nghiên cứu vitamin bằng thực nghiệm chứng minh (1880) sự cần thiết cho sự phát triển bình thường của động vật của các chất đặc biệt (ngoài protein, carbohydrate, chất béo, muối và nước). Vào cuối thế kỷ 19, những ý tưởng đã được hình thành về sự giống nhau của các nguyên tắc cơ bản và cơ chế của các biến đổi hóa học trong các nhóm sinh vật khác nhau, cũng như về các đặc điểm của quá trình trao đổi chất (trao đổi chất) của chúng.

Việc tích lũy một lượng lớn thông tin về thành phần hóa học của sinh vật động thực vật và các quá trình hóa học xảy ra trong chúng đã dẫn đến nhu cầu hệ thống hóa và khái quát hóa dữ liệu. Công trình đầu tiên theo hướng này là sách giáo khoa của I. Simon ("Handbuch der angewandten medicinischen Chemie", 1842). Năm 1842, chuyên khảo của J. Liebig "Die Tierchemie oder die organsche Chemie in ihrer Anwendung auf Physiologie und Pathologie" xuất hiện. Sách giáo khoa trong nước đầu tiên về hóa lý được xuất bản bởi A. I. Khodnev, một giáo sư tại Đại học Kharkov, vào năm 1847. Các tạp chí định kỳ bắt đầu xuất hiện đều đặn từ năm 1873. Trong nửa sau của thế kỷ 19, các khoa đặc biệt được tổ chức tại các khoa y của nhiều trường đại học Nga và nước ngoài (ban đầu chúng được gọi là khoa y học hoặc hóa học chức năng). Ở Nga, lần đầu tiên các khoa hóa y học được tạo ra bởi A. Ya. Danilevsky tại Đại học Kazan (1863) và A. D. Bulyginsky (1864) tại khoa Y của Đại học Moscow.

Hóa sinh trong thế kỷ 20 . Sự hình thành của hóa sinh hiện đại xảy ra vào nửa đầu thế kỷ 20. Sự khởi đầu của nó được đánh dấu bằng việc khám phá ra vitamin và hormone, vai trò của chúng trong cơ thể đã được xác định. Năm 1902, E. G. Fisher là người đầu tiên tổng hợp peptit, từ đó thiết lập bản chất của liên kết hóa học giữa các axit amin trong protein. Năm 1912, nhà hóa sinh người Ba Lan K. Funk đã phân lập được một chất có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của viêm đa dây thần kinh và gọi nó là vitamin. Sau đó, nhiều loại vitamin dần dần được khám phá, và vitaminology trở thành một trong những nhánh của hóa sinh, cũng như khoa học về dinh dưỡng. Năm 1913, L. Michaelis và M. Menten (Đức) đã phát triển cơ sở lý thuyết về phản ứng enzym, xây dựng các định luật định lượng của xúc tác sinh học; cấu trúc của diệp lục được thiết lập (R. Wilstetter, A. Stoll, Đức). Vào đầu những năm 1920, AI Oparin đã xây dựng một cách tiếp cận chung để hiểu được hóa học về vấn đề nguồn gốc của sự sống. Các enzym urease (J. Sumner, 1926), chymotrypsin, pepsin, và trypsin (J. Northrop, 1930) lần đầu tiên thu được ở dạng tinh thể, là bằng chứng về bản chất protein của enzym và thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của enzym học. Cũng trong những năm này, H. A. Krebs đã mô tả cơ chế tổng hợp urê ở động vật có xương sống trong chu trình ornithine (1932); A. E. Braunshtein (1937, cùng với M. G. Kritzman) đã phát hiện ra phản ứng chuyển hóa như một mắt xích trung gian trong quá trình sinh tổng hợp và phân hủy các axit amin; O. G. Warburg đã tìm ra bản chất của một loại enzyme phản ứng với oxy trong các mô. Trong những năm 1930, giai đoạn chính của việc nghiên cứu bản chất của các quá trình sinh hóa cơ bản đã được hoàn thành. Trình tự các phản ứng phân hủy cacbohydrat trong quá trình đường phân và lên men (O. Meyerhof, Ya. O. Parnas), sự biến đổi của axit pyruvic trong các chu trình của axit di- và tricarboxylic (A. Szent-Gyorgyi, H. A. Krebs, 1937) được thành lập, sự phân hủy quang học được phát hiện ra nước (R. Hill, UK, 1937). Các công trình của V. I. Palladin, A. N. Bach, G. Wieland, nhà hóa sinh Thụy Điển T. Thunberg, O. G. Warburg và nhà hóa sinh người Anh D. Keilin đã đặt nền móng cho các ý tưởng hiện đại về hô hấp nội bào. Adenosine triphosphate (ATP) và creatine phosphate đã được phân lập từ các chất chiết xuất từ ​​cơ. Tại Liên Xô, công trình của V. A. Engelgardt (1930) và V. A. Belitser (1939) về quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và xác định đặc điểm định lượng của quá trình này đã đặt nền tảng cho quá trình phóng điện sinh học hiện đại. Sau đó, F. Lipman đã phát triển ý tưởng về các hợp chất phốt pho giàu năng lượng và thiết lập vai trò trung tâm của ATP trong quá trình sinh năng lượng tế bào. Khám phá về DNA ở thực vật (Các nhà hóa sinh học người Nga A. N. Belozersky và A. R. Kizel, 1936) đã góp phần công nhận sự thống nhất sinh hóa của thế giới thực vật và động vật. Năm 1948, A. A. Krasnovsky đã phát hiện ra phản ứng quang hoá khử thuận nghịch của diệp lục, tiến bộ đáng kể đã đạt được trong việc làm sáng tỏ cơ chế quang hợp (M. Calvin).

Sự phát triển hơn nữa của hóa sinh gắn liền với việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của một số protein, phát triển các quy định chính của lý thuyết về xúc tác enzym, thiết lập các sơ đồ cơ bản của quá trình trao đổi chất, v.v. Tiến bộ của hóa sinh trong Nửa sau của thế kỷ 20 phần lớn là do sự phát triển của các phương pháp mới. Nhờ sự cải tiến của phương pháp sắc ký và điện di, người ta đã có thể giải mã trình tự của các axit amin trong protein và nucleotit trong axit nucleic. Phân tích nhiễu xạ tia X giúp xác định được cấu trúc không gian của các phân tử của một số protein, DNA và các hợp chất khác. Sử dụng kính hiển vi điện tử, các cấu trúc tế bào chưa từng biết trước đây đã được phát hiện; các bào quan tế bào khác nhau (bao gồm nhân, ti thể, ribosome) được phân lập do siêu ly tâm; Việc sử dụng các phương pháp đồng vị làm cho chúng ta có thể hiểu được những cách biến đổi phức tạp nhất của các chất trong sinh vật, v.v ... Một vị trí quan trọng trong nghiên cứu sinh hóa là các loại quang phổ vô tuyến và quang phổ, phổ khối. L. Pauling (1951, cùng với R. Corey) đưa ra các ý tưởng về cấu trúc bậc hai của protein, F. Sanger (1953) giải mã cấu trúc của hormone protein insulin, và J. Kendrew (1960) xác định cấu trúc không gian của phân tử myoglobin. Nhờ sự cải tiến của phương pháp nghiên cứu, nhiều ý tưởng mới đã được đưa ra để tìm hiểu về cấu trúc của các enzym, sự hình thành trung tâm hoạt động của chúng và hoạt động của chúng như một phần của các phức chất phức tạp. Sau khi xác định vai trò của DNA như một chất di truyền (O. Avery, 1944), người ta đặc biệt chú ý đến các axit nucleic và sự tham gia của chúng vào quá trình truyền các tính trạng của sinh vật do di truyền. Năm 1953, J. Watson và F. Crick đề xuất một mô hình cấu trúc không gian của DNA (cái gọi là chuỗi xoắn kép), liên kết cấu trúc của nó với chức năng sinh học. Sự kiện này là một bước ngoặt trong sự phát triển của hóa sinh, sinh học nói chung và là cơ sở cho việc tách một ngành khoa học mới ra khỏi sinh hóa - sinh học phân tử. Các nghiên cứu về cấu trúc của axit nucleic, vai trò của chúng trong sinh tổng hợp protein và các hiện tượng di truyền cũng gắn liền với tên tuổi của E. Chargaff, A. Kornberg, S. Ochoa, H. G. Koran, F. Sanger, F. Jacob và J. Monod, cũng như các nhà khoa học Nga A. N. Belozersky, A. A. Baev, R. B. Khesin-Lurie, và những người khác đã thiết lập mối quan hệ giữa cấu trúc của một chất và chức năng sinh học của nó. Về vấn đề này, các nghiên cứu trên bờ vực hóa sinh học và hữu cơ đã được phát triển. Hướng này được gọi là hóa học hữu cơ sinh học. Vào những năm 1950, tại giao điểm của hóa sinh và hóa vô cơ, hóa sinh vô cơ được hình thành như một ngành độc lập.

Trong số những thành công chắc chắn của hóa sinh là: phát hiện ra sự tham gia của màng sinh học trong quá trình tạo năng lượng và nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực năng lượng sinh học; thiết lập các con đường chuyển hóa các sản phẩm trao đổi chất quan trọng nhất; kiến thức về cơ chế dẫn truyền kích thích thần kinh, cơ sở sinh hóa của hoạt động thần kinh bậc cao; làm sáng tỏ các cơ chế truyền thông tin di truyền, điều hòa các quá trình sinh hóa quan trọng nhất trong cơ thể sống (tín hiệu tế bào và gian bào), và nhiều cơ chế khác.

Sự phát triển hiện đại của hóa sinh. Hóa sinh là một phần không thể thiếu của sinh học vật lý và hóa học - một tổ hợp khoa học liên kết và gắn bó chặt chẽ với nhau, bao gồm lý sinh, hóa học hữu cơ sinh học, sinh học phân tử và tế bào, v.v., nghiên cứu cơ sở vật lý và hóa học của vật chất sống. Nghiên cứu hóa sinh bao gồm một loạt các vấn đề, giải pháp của chúng được thực hiện ở nơi giao nhau giữa nhiều ngành khoa học. Ví dụ, di truyền hóa sinh nghiên cứu các chất và quá trình liên quan đến việc thực hiện thông tin di truyền, cũng như vai trò của các gen khác nhau trong việc điều hòa các quá trình sinh hóa ở điều kiện bình thường và trong các rối loạn chuyển hóa di truyền khác nhau. Dược lý sinh hóa khám phá các cơ chế phân tử hoạt động của thuốc, góp phần phát triển các loại thuốc tiên tiến và an toàn hơn, hóa miễn dịch - cấu trúc, đặc tính và tương tác của kháng thể (immunoglobulin) và kháng nguyên. Ở giai đoạn hiện tại, hóa sinh được đặc trưng bởi sự tham gia tích cực của một kho phương pháp luận rộng lớn của các ngành liên quan. Ngay cả một nhánh truyền thống của hóa sinh học như enzym học, khi mô tả vai trò sinh học của một enzym cụ thể, hiếm khi xảy ra mà không gây đột biến có định hướng, làm tắt gen mã hóa enzym đang nghiên cứu trong cơ thể sống, hoặc ngược lại, làm tăng biểu hiện của nó.

Mặc dù các con đường cơ bản và các nguyên tắc chung của quá trình trao đổi chất và năng lượng trong các hệ thống sống có thể được coi là đã được thiết lập, nhưng nhiều chi tiết của quá trình trao đổi chất và đặc biệt là sự điều hòa của nó vẫn chưa được biết đến. Đặc biệt quan trọng là việc làm sáng tỏ các nguyên nhân của rối loạn chuyển hóa dẫn đến các bệnh "sinh hóa" nghiêm trọng (các dạng bệnh tiểu đường, xơ vữa động mạch, thoái hóa tế bào ác tính, bệnh thoái hóa thần kinh, xơ gan, và nhiều bệnh khác), và cơ sở khoa học của việc điều chỉnh theo hướng của nó (tạo thuốc, khuyến nghị về chế độ ăn uống). Việc sử dụng các phương pháp sinh hóa giúp xác định các dấu hiệu sinh học quan trọng của các bệnh khác nhau và đưa ra các phương pháp hiệu quả để chẩn đoán và điều trị chúng. Do đó, việc xác định các protein và enzym đặc hiệu tim trong máu (troponin T và myocardial creatine kinase isoenzyme) cho phép chẩn đoán sớm nhồi máu cơ tim. Hóa sinh dinh dưỡng đóng một vai trò quan trọng, nghiên cứu các thành phần hóa học và sinh hóa của thực phẩm, giá trị và tầm quan trọng của chúng đối với sức khỏe con người, tác động của quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm đến chất lượng thực phẩm. Một cách tiếp cận có hệ thống để nghiên cứu toàn bộ tập hợp các đại phân tử sinh học và các chất chuyển hóa phân tử thấp của một tế bào, mô, cơ quan hoặc sinh vật cụ thể của một loại nhất định đã dẫn đến sự xuất hiện của các ngành học mới. Chúng bao gồm genomics (khám phá toàn bộ tập hợp các gen của sinh vật và các đặc điểm biểu hiện của chúng), transcriptomics (thiết lập thành phần định lượng và định tính của các phân tử RNA), proteomics (phân tích toàn bộ các phân tử protein đặc trưng của một sinh vật) và chuyển hóa ( nghiên cứu tất cả các chất chuyển hóa của một sinh vật hoặc các tế bào và cơ quan riêng lẻ của nó được hình thành trong quá trình hoạt động quan trọng), tích cực sử dụng chiến lược sinh hóa và các phương pháp nghiên cứu hóa sinh. Lĩnh vực ứng dụng của genomics và proteomics - kỹ thuật sinh học liên quan đến thiết kế định hướng của gen và protein - đã được phát triển. Các hướng có tên ở trên được tạo ra như nhau bởi hóa sinh, sinh học phân tử, di truyền học và hóa học hữu cơ sinh học.

Các tổ chức khoa học, xã hội và tạp chí định kỳ. Nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực hóa sinh được thực hiện ở nhiều viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm chuyên ngành. Ở Nga, chúng nằm trong hệ thống Viện Hàn lâm Khoa học Nga (bao gồm Viện Hóa sinh, Viện Sinh lý tiến hóa và Hóa sinh, Viện Sinh lý thực vật, Viện Hóa sinh và Sinh lý vi sinh vật, Viện Thực vật Siberi. Sinh lý và Hóa sinh, Viện Sinh học phân tử, Viện Hóa học tổ chức sinh học), các học viện trong ngành (trong đó có Viện Hóa sinh thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Y tế Nga), một số bộ ngành. Các công trình về hóa sinh được thực hiện trong các phòng thí nghiệm và tại nhiều khoa của các trường đại học sinh hóa. Các chuyên gia về hóa sinh ở cả nước ngoài và ở Liên bang Nga được đào tạo tại các khoa hóa học và sinh học của các trường đại học với các khoa đặc biệt; các nhà hóa sinh của một hồ sơ hẹp hơn - trong các trường đại học y tế, công nghệ, nông nghiệp và các trường đại học khác.

Ở hầu hết các quốc gia, có các xã hội sinh hóa khoa học thống nhất trong Liên đoàn các nhà hóa sinh châu Âu (Federation of European Biochemical Societies, FEBS) và trong Liên minh quốc tế các nhà hóa sinh và nhà sinh học phân tử (International Union of Biochemistry, IUBMB). Các tổ chức này tập hợp các hội nghị chuyên đề, hội nghị và đại hội. Tại Nga, Hiệp hội Sinh hóa toàn liên minh với nhiều chi nhánh cộng hòa và thành phố được thành lập vào năm 1959 (từ năm 2002 là Hiệp hội các nhà hóa sinh và sinh học phân tử).

Có một số lượng lớn các tạp chí định kỳ trong đó các công trình về hóa sinh được xuất bản. Nổi tiếng nhất là: "Tạp chí Hóa sinh" (Balt., 1905), "Hóa sinh" (Wash., 1964), "Tạp chí Hóa sinh" (L., 1906), "Phytochemistry" (Oxf; N. Y., 1962) , "Biochimica et Biophisica Acta" (Amst., 1947) và nhiều người khác; Niên giám: "Đánh giá hàng năm về Hóa sinh" (Stanford, 1932), "Những tiến bộ trong Enzymology và các môn liên quan của Hóa sinh" (N.Y., 1945), "Những tiến bộ trong Hóa học Protein" (N.Y., 1945), "Tạp chí Febs" (ban đầu là "Châu Âu Tạp chí Hóa sinh ", Oxf., 1967)," Chữ Febs "(Amst., 1968)," Nghiên cứu axit hạt nhân "(Oxf., 1974)," Biochimie "(R., 1914; Amst., 1986)," Xu hướng Khoa học Hóa sinh "(Elsevier, 1976), v.v ... Ở Nga, kết quả của các nghiên cứu thực nghiệm được công bố trên các tạp chí" Biochemistry "(M., 1936)," Plant Physiology "(M., 1954)," Journal of Hóa sinh và sinh lý tiến hóa "(SPb., 1965), Hóa sinh ứng dụng và vi sinh (M., 1965), Màng sinh học (M., 1984), Hóa thần kinh (M., 1982) và những người khác, đánh giá các bài báo về hóa sinh - trên các tạp chí" Những thành công của sinh học hiện đại "(M., 1932)," Những thành công của hóa học "(M., 1932), v.v ...; Kỷ yếu "Những tiến bộ trong hóa học sinh học" (M., 1950).

Lít: Dzhua M. Lịch sử Hóa học. M., 1975; Shamin A. M. Lịch sử hóa học protein. M., 1977; Anh ấy là. Lịch sử hóa học sinh học. M., 1994; Cơ bản về Hóa sinh: Trong 3 quyển M., 1981; Strayer L. Hóa sinh: Trong 3 tập M., 1984-1985; Lehninger A. Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh: Trong 3 quyển M., 1985; Azimov A. Sơ lược về lịch sử sinh học. M., 2002; Elliot W., Elliot D. Hóa sinh và Sinh học phân tử. M., 2002; Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Hóa sinh. Ấn bản thứ 5. N.Y., 2002; Hóa sinh của con người: Trong 2 tập. Lần xuất bản thứ 2. M., 2004; Berezov T. T., Korovkin B. F. Hóa sinh học. Ấn bản thứ 3. M., 2004; Voet D., VoetJ. hóa sinh. Ấn bản thứ 3. N.Y., 2004; Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger các nguyên tắc hóa sinh. Ấn bản thứ 4. N. Y., 2005; Elliott W., Elliott D. Hóa sinh và sinh học phân tử. Ấn bản thứ 3. Oxf., 2005; Garrett R. H., Grisham C. M. Hóa sinh. Ấn bản thứ 3. Belmont, 2005.

A. D. Vinogradov, A. E. Medvedev.

Hóa sinh là một ngành khoa học nghiên cứu các phân tử, phản ứng hóa học và các quá trình khác nhau xảy ra trong các tế bào và sinh vật sống. Kiến thức toàn diện về hóa sinh là hoàn toàn cần thiết cho sự phát triển thành công của hai lĩnh vực chính của khoa học y sinh: 1) giải quyết các vấn đề về duy trì sức khỏe con người; 2) Tìm ra nguyên nhân của các bệnh khác nhau và tìm cách điều trị hiệu quả.

SINH LÝ VÀ SỨC KHỎE

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) định nghĩa sức khỏe là trạng thái “hoàn thiện về thể chất, tinh thần và xã hội chứ không chỉ đơn thuần là không có bệnh tật hoặc ốm đau”. Theo quan điểm sinh hóa nghiêm ngặt, một sinh vật có thể được coi là khỏe mạnh nếu hàng nghìn phản ứng xảy ra bên trong tế bào và trong môi trường ngoại bào tiến hành trong những điều kiện như vậy và với tốc độ như vậy để đảm bảo khả năng tồn tại tối đa của sinh vật và duy trì sự bình thường về mặt sinh lý ( không bệnh lý) trạng thái.

HÓA SINH, DINH DƯỠNG, PHÒNG NGỪA VÀ ĐIỀU TRỊ

Một trong những điều kiện tiên quyết chính để duy trì sức khỏe là một chế độ ăn uống tối ưu có chứa một số chất hóa học; những thứ chính là vitamin, một số axit amin, một số axit béo, các khoáng chất khác nhau và nước. Tất cả những chất này đều được quan tâm đối với cả hóa sinh và khoa học về dinh dưỡng hợp lý. Vì vậy, giữa hai ngành khoa học này có mối quan hệ mật thiết với nhau. Ngoài ra, có thể giả định rằng, trong bối cảnh nỗ lực kiềm chế sự gia tăng giá chăm sóc y tế, việc duy trì sức khỏe và ngăn ngừa bệnh tật sẽ được chú trọng nhiều hơn, tức là y tế dự phòng. Vì vậy, ví dụ, để ngăn ngừa xơ vữa động mạch và ung thư theo thời gian, có lẽ, ngày càng có nhiều tầm quan trọng hơn đối với chế độ dinh dưỡng hợp lý. Đồng thời, khái niệm dinh dưỡng hợp lý cần dựa trên kiến ​​thức về hóa sinh.

SINH LÝ VÀ BỆNH

Tất cả các bệnh đều là biểu hiện của một số thay đổi về tính chất của các phân tử và những rối loạn trong quá trình phản ứng và quá trình hóa học. Các yếu tố chính dẫn đến sự phát triển của bệnh tật ở động vật và con người được đưa ra trong Bảng. 1.1. Tất cả chúng đều ảnh hưởng đến một hoặc nhiều phản ứng hóa học quan trọng hoặc cấu trúc và tính chất của các phân tử quan trọng về mặt chức năng.

Sự đóng góp của nghiên cứu hóa sinh đối với việc chẩn đoán và điều trị bệnh như sau.

Bảng 1.1. Các yếu tố chính dẫn đến sự phát triển của các loại bệnh. Tất cả chúng đều ảnh hưởng đến các quá trình sinh hóa khác nhau xảy ra trong một tế bào hoặc toàn bộ sinh vật.

1. Yếu tố vật lý: chấn thương cơ học, nhiệt độ khắc nghiệt, thay đổi đột ngột áp suất khí quyển, bức xạ, điện giật

2. Tác nhân hóa học và thuốc: một số hợp chất độc hại, thuốc điều trị, v.v.

4. Đói oxy: mất máu, suy giảm chức năng vận chuyển oxy, ngộ độc các enzym oxy hóa.

5. Yếu tố di truyền: bẩm sinh, phân tử

6. Phản ứng miễn dịch: sốc phản vệ, bệnh tự miễn

7. Rối loạn dinh dưỡng: thiếu dinh dưỡng, suy dinh dưỡng quá mức

Nhờ những nghiên cứu này, có thể 1) xác định được nguyên nhân gây bệnh; 2) đưa ra cách xử lý hợp lý và hiệu quả; 3) phát triển các phương pháp kiểm tra dân số hàng loạt nhằm mục đích chẩn đoán sớm; 4) theo dõi diễn biến của bệnh; 5) theo dõi hiệu quả của điều trị. Phần Phụ lục mô tả các xét nghiệm sinh hóa quan trọng nhất được sử dụng để chẩn đoán các bệnh khác nhau. Sẽ rất hữu ích khi tham khảo Phụ lục này bất cứ khi nào chúng ta nói về chẩn đoán sinh hóa của các bệnh khác nhau (ví dụ, nhồi máu cơ tim, viêm tụy cấp, v.v.).

Các khả năng của hóa sinh liên quan đến phòng ngừa và điều trị bệnh được minh họa ngắn gọn bằng ba ví dụ; Chúng ta sẽ xem xét thêm một vài ví dụ sau trong chương này.

1. Ai cũng biết rằng để duy trì sức khỏe của họ, một người phải nhận được một số hợp chất hữu cơ phức tạp - vitamin. Trong cơ thể, vitamin được chuyển đổi thành các phân tử phức tạp hơn (coenzyme), đóng vai trò chủ chốt trong nhiều phản ứng xảy ra trong tế bào. Sự thiếu hụt trong chế độ ăn uống của bất kỳ loại vitamin nào có thể dẫn đến sự phát triển của các bệnh khác nhau, chẳng hạn như bệnh còi do thiếu vitamin C hoặc còi xương do thiếu vitamin D. Làm sáng tỏ vai trò quan trọng của vitamin hoặc các dẫn xuất hoạt tính sinh học của chúng. trở thành một trong những nhiệm vụ chính mà các nhà sinh hóa và dinh dưỡng học đã giải quyết từ đầu thế kỷ nay.

2. Tình trạng bệnh lý được gọi là phenylketon niệu (PKU) có thể dẫn đến chậm phát triển tâm thần nghiêm trọng nếu không được điều trị. Bản chất sinh hóa của PKU đã được biết đến trong khoảng 30 năm: căn bệnh này là do thiếu hoặc không hoàn toàn hoạt động của một loại enzym xúc tác sự chuyển đổi axit amin phenylalanin thành một axit amin khác, tyrosine. Hoạt động không đầy đủ của enzym này dẫn đến thực tế là dư thừa phenylalanin và một số chất chuyển hóa của nó, đặc biệt là xeton, tích tụ trong các mô, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của hệ thần kinh trung ương. Sau khi các cơ sở sinh hóa của PKU được làm rõ, một phương pháp điều trị hợp lý đã được tìm ra: trẻ em bị bệnh được chỉ định một chế độ ăn uống có hàm lượng phenylalanin thấp. Kiểm tra hàng loạt trẻ sơ sinh cho PKU cho phép, nếu cần thiết, bắt đầu điều trị ngay lập tức.

3. Bệnh xơ nang là một bệnh di truyền của tuyến ngoại tiết, cụ thể là tuyến mồ hôi. Nguyên nhân của bệnh là không rõ. Bệnh xơ nang là một trong những bệnh di truyền phổ biến nhất ở Bắc Mỹ. Nó được đặc trưng bởi chất tiết nhớt bất thường làm tắc nghẽn các ống tiết của tuyến tụy và tiểu phế quản. Những người mắc bệnh này thường chết sớm do nhiễm trùng phổi. Vì cơ sở phân tử của bệnh là không rõ, chỉ có thể điều trị triệu chứng. Tuy nhiên, người ta có thể hy vọng rằng trong tương lai gần, sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp sẽ có thể làm sáng tỏ bản chất phân tử của căn bệnh, từ đó có thể tìm ra phương pháp điều trị hiệu quả hơn.

ĐỊNH NGHĨA HÌNH THỨC VỀ SINH HỌC

Hóa sinh, như tên của nó (từ tiếng Hy Lạp bios-life), là hóa học của sự sống, hay nói đúng hơn, là khoa học về các cơ sở hóa học của các quá trình sống.

Đơn vị cấu trúc của các hệ thống sống là tế bào, vì vậy có thể đưa ra một định nghĩa khác: hóa sinh học như một ngành khoa học nghiên cứu các thành phần hóa học của tế bào sống, cũng như các phản ứng và quá trình mà chúng tham gia. Theo định nghĩa này, hóa sinh bao gồm các lĩnh vực rộng lớn của sinh học tế bào và tất cả sinh học phân tử.

MỤC TIÊU CỦA SINH HỌC

Nhiệm vụ chính của hóa sinh là đạt được sự hiểu biết đầy đủ ở cấp độ phân tử về bản chất của tất cả các quá trình hóa học liên quan đến hoạt động quan trọng của tế bào.

Để giải quyết vấn đề này, cần phải phân lập từ tế bào nhiều hợp chất nằm ở đó, xác định cấu trúc và thiết lập chức năng của chúng. Ví dụ, người ta có thể chỉ ra nhiều nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ cơ sở phân tử của sự co cơ và một số quá trình tương tự. Kết quả là, nhiều hợp chất có độ phức tạp khác nhau đã được phân lập ở dạng tinh khiết và các nghiên cứu chi tiết về cấu trúc và chức năng đã được thực hiện. Kết quả là, có thể làm sáng tỏ một số khía cạnh của cơ sở phân tử của sự co cơ.

Một nhiệm vụ khác của hóa sinh là làm sáng tỏ câu hỏi về nguồn gốc của sự sống. Sự hiểu biết của chúng ta về quá trình thú vị này vẫn chưa đầy đủ.

KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Phạm vi của hóa sinh cũng rộng như chính sự sống. Bất cứ nơi nào sự sống tồn tại, các quá trình hóa học khác nhau diễn ra. Hóa sinh liên quan đến việc nghiên cứu các phản ứng hóa học xảy ra trong vi sinh vật, thực vật, côn trùng, cá, chim, động vật có vú bậc thấp và bậc cao, và đặc biệt là trong cơ thể con người. Đối với sinh viên khoa học y sinh, mối quan tâm đặc biệt là

hai phần cuối cùng. Tuy nhiên, sẽ là thiển cận nếu hoàn toàn không biết về các đặc điểm sinh hóa của một số dạng sống khác: thường thì những đặc điểm này rất cần thiết để hiểu các loại tình huống khác nhau có liên quan trực tiếp đến con người.

HÓA SINH VÀ THUỐC

Có một mối liên hệ hai chiều rộng rãi giữa hóa sinh và y học. Nhờ nghiên cứu sinh hóa, nhiều câu hỏi liên quan đến sự phát triển của bệnh tật đã được giải đáp, và việc nghiên cứu nguyên nhân và quá trình phát triển của một số bệnh đã dẫn đến sự ra đời của các lĩnh vực hóa sinh mới.

Các nghiên cứu sinh hóa nhằm xác định nguyên nhân gây bệnh

Ngoài những điều trên, chúng tôi sẽ đưa ra thêm bốn ví dụ minh họa phạm vi ứng dụng có thể có của hóa sinh. 1. Phân tích cơ chế hoạt động của độc tố do tác nhân gây bệnh tả tạo ra có thể làm rõ những điểm quan trọng liên quan đến các triệu chứng lâm sàng của bệnh (tiêu chảy, mất nước). 2. Ở nhiều loài thực vật châu Phi, hàm lượng của một hoặc nhiều axit amin thiết yếu rất thấp. Việc phát hiện ra thực tế này giúp chúng ta có thể hiểu được tại sao những người mà những cây này là nguồn cung cấp protein chính lại bị thiếu protein. 3. Người ta đã phát hiện ra rằng muỗi - vật mang mầm bệnh sốt rét - có thể hình thành hệ thống sinh hóa giúp chúng có khả năng miễn dịch với thuốc trừ sâu; đây là điều quan trọng cần xem xét khi thiết kế các biện pháp kiểm soát bệnh sốt rét. 4. Greenland Eskimos tiêu thụ một lượng lớn dầu cá, giàu một số axit béo không bão hòa đa; Đồng thời, người ta biết rằng chúng được đặc trưng bởi hàm lượng cholesterol trong máu thấp, và do đó chúng ít có nguy cơ bị xơ vữa động mạch hơn nhiều. Những quan sát này cho thấy khả năng sử dụng axit béo không bão hòa đa để giảm mức cholesterol trong huyết tương.

Nghiên cứu về bệnh tật góp phần vào sự phát triển của hóa sinh

Quan sát của bác sĩ người Anh, Sir Archibald Garrod vào đầu những năm 1900. đối với một nhóm nhỏ bệnh nhân bị rối loạn chuyển hóa bẩm sinh, kích thích việc nghiên cứu các con đường sinh hóa, vi phạm xảy ra trong loại tình trạng này. Nỗ lực tìm hiểu bản chất của một căn bệnh di truyền được gọi là tăng cholesterol máu gia đình, dẫn đến sự phát triển của chứng xơ vữa động mạch nặng ngay từ khi còn nhỏ, đã góp phần tích lũy nhanh chóng kiến ​​thức về các thụ thể tế bào và về cơ chế hấp thụ cholesterol của tế bào. Nghiên cứu chuyên sâu về sinh ung thư trong tế bào ung thư đã thu hút sự chú ý đến các cơ chế phân tử kiểm soát sự phát triển của tế bào.

Nghiên cứu các sinh vật bậc thấp và vi rút

Thông tin có giá trị, hóa ra lại rất hữu ích cho việc tiến hành nghiên cứu sinh hóa trong phòng khám, thu được từ việc nghiên cứu một số sinh vật và vi rút bậc thấp. Ví dụ, các lý thuyết hiện đại về điều hòa hoạt động của gen và enzyme được hình thành trên cơ sở các nghiên cứu tiên phong được thực hiện trên nấm mốc và vi khuẩn. Công nghệ DNA tái tổ hợp có nguồn gốc từ nghiên cứu được thực hiện trên vi khuẩn và vi rút vi khuẩn. Ưu điểm chính của vi khuẩn và vi rút là đối tượng nghiên cứu sinh hóa là tốc độ sinh sản của chúng cao; điều này tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho việc phân tích di truyền và thao tác di truyền. Thông tin thu được từ việc nghiên cứu các gen virus gây ra sự phát triển của một số dạng ung thư ở động vật (gen sinh ung thư của virus) đã giúp chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cơ chế biến đổi tế bào bình thường của người thành tế bào ung thư.

HÓA HỌC VÀ CÁC KHOA HỌC SINH HỌC KHÁC

Hóa sinh của axit nucleic nằm ở nền tảng của di truyền học; đến lượt nó, việc sử dụng các phương pháp tiếp cận di truyền đã tỏ ra có hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực hóa sinh. Sinh lý học, khoa học về cách cơ thể hoạt động, trùng lặp rất nhiều với hóa sinh. Trong miễn dịch học, một số lượng lớn các phương pháp sinh hóa được sử dụng, và đến lượt nó, nhiều phương pháp miễn dịch học được các nhà hóa sinh sử dụng rộng rãi. Dược học và dược học dựa trên sinh hóa và sinh lý học; sự chuyển hóa của hầu hết các loại thuốc được thực hiện do kết quả của các phản ứng enzym thích hợp. Chất độc ảnh hưởng đến các phản ứng hoặc quá trình sinh hóa; những câu hỏi này là chủ đề của độc chất học. Như chúng ta đã nói, cơ sở của các loại bệnh lý khác nhau là vi phạm một số quá trình hóa học. Điều này dẫn đến việc sử dụng ngày càng nhiều các phương pháp tiếp cận sinh hóa để nghiên cứu các loại bệnh lý khác nhau (ví dụ, các quá trình viêm, tổn thương tế bào và ung thư). Nhiều người trong số những người liên quan đến động vật học và thực vật học sử dụng rộng rãi các phương pháp tiếp cận sinh hóa trong công việc của họ. Những mối quan hệ này không có gì đáng ngạc nhiên, vì như chúng ta đã biết, sự sống trong tất cả các biểu hiện của nó phụ thuộc vào một loạt các phản ứng và quá trình sinh hóa. Những rào cản tồn tại trước đây giữa các ngành khoa học sinh học trên thực tế đã bị phá bỏ, và hóa sinh ngày càng trở thành ngôn ngữ chung của họ.

Đây là loại chẩn đoán trong phòng thí nghiệm quen thuộc với hầu hết mọi người, ngay từ đầu các bác sĩ kê đơn - như một phương pháp nhanh chóng và nhiều thông tin để đánh giá tình trạng sức khỏe. Tuy nhiên, một bệnh nhân hiếm hoi, nhận kết quả trên tay, sẽ có thể giải mã một danh sách dài tên và số. Và, mặc dù không ai yêu cầu chúng tôi đánh giá kỹ lưỡng tất cả các đặc điểm này, nhưng vẫn có các bác sĩ cho điều này, ý kiến ​​chung về \ u200b \ u200bỉ số đo được trong quá trình xét nghiệm máu sinh hóa vẫn đáng có.

Xét nghiệm máu sinh hóa: tại sao và khi nào nó được thực hiện?

Hầu hết các bệnh lý của cơ thể con người đều ảnh hưởng đến thành phần của máu. Bằng cách phát hiện nồng độ của một số yếu tố hóa học hoặc cấu trúc của máu, người ta có thể đưa ra kết luận về sự hiện diện và diễn biến của bệnh. Vì vậy, một xét nghiệm máu "cho sinh hóa" được quy định để chẩn đoán và kiểm soát điều trị. Xét nghiệm máu sinh hóa đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi thai kỳ. Nếu một phụ nữ cảm thấy bình thường, anh ta được kê đơn trong tam cá nguyệt đầu tiên và thứ ba, và với nhiễm độc, đe dọa sẩy thai, phàn nàn về tình trạng khó chịu - thường xuyên hơn.

Chuẩn bị và tiến hành thủ tục

Việc hiến máu để làm sinh hóa cần tuân thủ một số điều kiện - nếu không sẽ chẩn đoán không chính xác.

• Máu để phân tích sinh hóa được lấy khi bụng đói, vào buổi sáng - thường từ 8 đến 11 giờ, để đáp ứng yêu cầu ít nhất 8 giờ, nhưng không quá 12-14 giờ đói. Vào đêm trước và trong ngày làm thủ thuật, chỉ nên uống nước lọc từ đồ uống, tránh thức ăn nặng - ăn trung tính.
• Cần phải hỏi ý kiến ​​bác sĩ xem bạn có nên tạm ngừng dùng thuốc hay không và trong bao lâu. Một số loại thuốc có thể làm sai lệch dữ liệu phân tích.
• Bạn phải ngừng hút thuốc ít nhất một giờ trước khi thử nghiệm. Uống rượu một ngày trước khi nghiên cứu.
• Nên tránh căng thẳng về thể chất và cảm xúc vào đêm trước của thủ tục. Đến cơ sở y tế, cố gắng ngồi yên tĩnh trong 10 - 20 phút trước khi lấy máu.
• Nếu bạn đã được chỉ định một liệu trình vật lý trị liệu, bất kỳ cuộc kiểm tra dụng cụ nào đã được thực hiện, thì tốt hơn là bạn nên hoãn thủ tục lại. Tham khảo ý kiến ​​bác sĩ của bạn.

Trong trường hợp cần thu thập các thông số động lực học trong phòng thí nghiệm, các nghiên cứu lặp lại phải được thực hiện trong cùng một cơ sở y tế và trong các điều kiện tương tự.

Giải mã kết quả xét nghiệm sinh hóa máu: định mức và sai lệch

Kết quả hoàn thành được cung cấp cho bệnh nhân dưới dạng một bảng, cho biết những xét nghiệm nào đã được thực hiện, những chỉ số nào đã thu được và chúng tương quan như thế nào với chỉ tiêu. Giải mã kết quả xét nghiệm máu sinh hóa có thể được thực hiện khá nhanh chóng và thậm chí trực tuyến, câu hỏi duy nhất là khối lượng công việc của các chuyên gia và tổ chức của quá trình. Trung bình mất 2-3 ngày để nhận được bảng điểm.

Phân tích sinh hóa máu có thể được thực hiện theo hồ sơ tối thiểu hoặc nâng cao, tùy thuộc vào bệnh cảnh lâm sàng và chỉ định của bác sĩ. Hồ sơ tối thiểu trong các cơ sở y tế ở Moscow có giá 3.000–4.000 rúp, hồ sơ mở rộng có giá 5.000–6.000 rúp. Khi so sánh giá, xin lưu ý: việc lấy mẫu máu từ tĩnh mạch có thể được thanh toán riêng, chi phí của nó là 150–250 rúp.

Một trong những xét nghiệm trong phòng thí nghiệm có nhiều thông tin và dễ tiếp cận nhất là sinh hóa máu. Phương pháp này giúp xác định tình trạng của các cơ quan nội tạng của một người và xác định sự phát triển của các bất thường bệnh lý trong giai đoạn đầu. Đánh giá các quá trình trao đổi chất và nhu cầu của cơ thể đối với các nguyên tố vi lượng cụ thể cũng được xác định bằng cách sử dụng phân tích sinh hóa.

Xét nghiệm máu sinh hóa mang tính thông tin cao

Chỉ định thực hiện xét nghiệm máu sinh hóa

Bất kỳ cuộc kiểm tra nào (đặc biệt hoặc với mục đích phòng ngừa) đều bắt đầu bằng việc cung cấp một xét nghiệm máu sinh hóa (BAC).

Các dấu hiệu phổ biến cho nghiên cứu là:

• bệnh lý gan và thận;
• sai lệch trong hoạt động bình thường của tim (thiếu máu cục bộ, suy, đau tim, đột quỵ);
• bệnh của hệ thống sinh dục (các quá trình viêm của các nguyên nhân khác nhau);
• bệnh lý nội tiết (đái tháo đường, rối loạn tuyến giáp);
• gián đoạn hoạt động bình thường của đường tiêu hóa (các quá trình loét hoặc viêm trong dạ dày, ruột, tá tràng, tuyến tụy);
• thay đổi bệnh lý ở cột sống, khớp và mô mềm (hoại tử xương, thoái hóa khớp, viêm khớp, viêm bao hoạt dịch, loãng xương).

Hiến máu để sinh hóa là cần thiết cho bệnh tim mạch vành

Những gì được bao gồm trong hóa sinh?

Tùy thuộc vào tình hình cá nhân, phân tích bao gồm một số thành phần nhất định. Điều này xảy ra khi bạn cần xác định nguyên nhân gây ra sự cố của một cơ quan cụ thể. Trong trường hợp hình ảnh lâm sàng mơ hồ về tình trạng của bệnh nhân hoặc để nghiên cứu chi tiết hơn về vấn đề, nên thực hiện LHC mở rộng.

Bảng "Các chỉ số chính của một xét nghiệm máu sinh hóa hoàn chỉnh"

Mục đích của hóa sinh mở rộng là xác định một bệnh cụ thể và đánh giá mức độ tổn thương của các cơ quan lân cận bằng các quá trình bệnh lý.

Cách chuẩn bị cho xét nghiệm máu

Kết quả của xét nghiệm máu sinh hóa phần lớn phụ thuộc vào sự chuẩn bị cho thủ tục.

Để tránh dữ liệu bị bóp méo, điều quan trọng là phải tuân theo một số quy tắc cơ bản:

1. Việc cung cấp vật liệu sinh học xảy ra khi bụng đói. Không ăn hoặc uống 8-10 giờ trước khi làm thủ thuật. Nếu bạn cần xác định mức độ chính xác của đường, bạn không cần phải đánh răng và uống nước thông thường không có gas.
2. Vào đêm trước của phân tích, hãy từ chối đồ ăn vặt - béo, mặn, hun khói, cay và cũng loại trừ uống cà phê hoặc trà mạnh.
3. Không uống rượu 2-3 ngày trước khi nghiên cứu. Và một giờ trước khi làm thủ tục - ngừng hút thuốc.
4. Ít nhất một ngày trước khi phân tích, tránh lao động trí óc và thể chất nặng, căng thẳng và cảm xúc quá căng thẳng.
5. Việc lấy mẫu vật liệu sinh học nên được thực hiện vào buổi sáng trước khi thực hiện tất cả các thủ tục y tế (tiêm, uống thuốc, ống nhỏ giọt, thao tác phần cứng).
6. Nên ngừng sử dụng thuốc từ 10-14 ngày trước khi hiến máu. Nếu điều này là không thể, điều quan trọng là phải cảnh báo bác sĩ về điều này.

Không uống trà hoặc cà phê trước khi thử nghiệm

Ngay trước khi lấy máu, bệnh nhân được khuyên bình tĩnh và nghỉ ngơi trong 10-15 phút. Nếu cần lặp lại phân tích, nó phải được thực hiện đồng thời và trong cùng một phòng thí nghiệm (một số giá trị \ u200b \ u200b có thể khác nhau tùy thuộc vào cơ sở y tế).

Cách hiến máu sinh hóa

Đặc thù của phân tích sinh hóa là nó cần máu từ tĩnh mạch.

Lấy vật liệu sinh học như sau:

• bệnh nhân ngồi xuống bàn, đặt tay phải (trái) trước mặt trên một con lăn đặc biệt;
• ở khoảng cách 4-6 cm trên khuỷu tay, điều dưỡng cố định kẹp hoặc ống cao su;
• bệnh nhân bắt đầu làm việc với nắm tay của mình (nén, không băng), và y tá tại thời điểm này xác định tĩnh mạch được lấp đầy nhất thông qua sờ nắn;
• chỗ thủng được xử lý bằng tăm bông có tẩm cồn và châm kim vào;
• kéo pít-tông ống tiêm về phía mình, chuyên gia thu thập lượng vật liệu sinh học cần thiết, ở cuối quy trình, bông gòn tẩm cồn được áp dụng cho vết tiêm;
• khuỷu tay phải được uốn cong, và giữ chặt miếng bông trong 3-5 phút.

Quy trình lấy mẫu máu cho LHC thực tế không gây đau đớn và mất không quá 5 phút. Tùy thuộc vào khối lượng công việc của các chuyên gia, việc giải mã phân tích được thực hiện trong vòng 2-3 ngày.

Giải thích kết quả và định mức

Việc giải thích các giá trị thu được của xét nghiệm máu sinh hóa được cấp cho bệnh nhân trên một mẫu đặc biệt. Đây là một bảng trong đó các chỉ số được nghiên cứu và tỷ lệ của chúng với giá trị bình thường được đánh dấu.

Bảng "Định mức xét nghiệm sinh hóa máu có tính đến giới tính và tuổi của bệnh nhân"

Những sai lệch nhỏ so với tiêu chuẩn có thể chấp nhận được nếu bệnh nhân có sức khỏe tốt và không có khiếu nại. Trong trường hợp có sự khác biệt lớn với các giá trị đã thiết lập, chúng ta có thể nói về sự phát triển của những thay đổi bệnh lý trong một cơ quan cụ thể (tùy thuộc vào dấu hiệu phân tích).

Trả lời câu hỏi

Làm thế nào để cải thiện một xét nghiệm máu sinh hóa?

Các thủ tục và hoạt động đặc biệt góp phần cải thiện thành phần máu:

• massage (phục hồi lưu thông máu, cải thiện quá trình trao đổi chất, kích thích vận chuyển oxy đến tất cả các tế bào);
• tập thể dục (tập thể dục buổi sáng thường xuyên, đi bộ trong không khí trong lành, bơi lội);
• tắm nước ấm (không chỉ có tác dụng thư giãn nói chung, mà còn giúp làm sạch máu của chất độc và chất độc;
• dinh dưỡng hợp lý (nhiều rau và trái cây ở dạng sống, luộc và hầm, loại trừ tất cả các món béo, chiên, mặn và cay);
• quên rượu và thuốc lá.

Ăn nhiều rau để cải thiện máu

Sự khác biệt giữa xét nghiệm máu tổng quát và xét nghiệm sinh hóa là gì?

Hóa sinh máu là một phương pháp chẩn đoán trong phòng thí nghiệm cho phép bạn đánh giá hoạt động của các cơ quan nội tạng (thận, tụy, dạ dày, ruột, gan) và xác định những nguyên tố vi lượng nào không đủ cho hoạt động bình thường của một hệ thống cụ thể. Đây là loại xét nghiệm máu được sử dụng rộng rãi trong nội tiết, trị liệu, tiêu hóa, tim mạch, tiết niệu, phụ khoa, vì nó phản ứng với nội tiết tố (mất cân bằng nội tiết tố), xác định lượng đường trong huyết tương và phát hiện men gan.

Xét nghiệm máu tổng quát hoặc lâm sàng, không giống như phương pháp sinh hóa, chỉ cho thấy các yếu tố được hình thành (số lượng hồng cầu, nồng độ hemoglobin, ESR, chỉ số màu, bạch cầu, công thức bạch cầu). Nghiên cứu đánh giá chất lượng máu và xác định các bệnh có thể xảy ra, các quá trình viêm nhiễm có tính chất lây nhiễm, bệnh lý do vi rút hoặc vi khuẩn.

Phân tích lâm sàng chỉ cho thấy các tế bào máu

Một xét nghiệm máu sinh hóa chi tiết khá nhiều thông tin. Nó được sử dụng rộng rãi trong thực hành y tế, cho cả mục đích phòng ngừa và điều trị. Phương pháp phòng thí nghiệm cho biết tình trạng của các cơ quan nội tạng, giúp xác định nguyên nhân của các rối loạn bệnh lý ở giai đoạn phát triển ban đầu và xác định sự thiếu hụt chất dinh dưỡng của cơ thể. Quá trình lấy mẫu máu diễn ra không quá 5 phút, và có thể nhận được kết quả sớm nhất là 2-3 ngày sau khi làm thủ thuật.