Біохімія як наука
Біологічна хімія, або біохімія. є теоретичною основою будь-якої харчової технології, спрямованої на переробку сировини біологічного походження. Тому в умовах модернізації української економіки дослідження цієї фундаментальної наукової дисципліни обов'язково при підготовці висококваліфікованих працівників харчової промисловості.
Головне завдання біохімії - дослідження структурних і функціональних основ живої матерії, тобто дослідження хімічного складу живих організмів і закономірностей молекулярних процесів, що забезпечують їх життєдіяльність. При цьому основна мета біологічної хімії полягає не в простому пізнанні властивостей і структурних особливостей досліджуваних речовин, а в з'ясуванні ролі цих речовин у функціонуванні живих організмів.
Місце біохімії в системі біологічних дисциплін можна визначити, розглянувши рівні структурної організації матерії (рис. 1). Кожен рівень цього ієрархічного ряду служить об'єктом різних фізичних, хімічних і біологічних досліджень. Біологічна хімія вивчає явища, що протікають на макромолекулярному, клітинному рівні.
Мал. 1. Рівні структурної організації матерії
Біохімія - відносно молода наука. Її зародження відносять до кінця XVIII - початку XIX ст. коли з організмів був вперше виділений ряд речовин (сечовина, яблучна і лимонна кислоти і ін.), хоча деякі біохімічні явища були відомі людині вже в далекій давнині. Однак в той час наука, що займалася вивченням речовин, що входять до складу тваринних і рослинних організмів (речовин органічного світу), називалася органічною хімією. З середини XIX в. її почали називати фізіологічної хімією, а під органічною хімією стали розуміти хімію з'єднань вуглецю.
Тільки в кінці XIX - початку XX ст. завдяки великим досягненням в галузі органічної хімії та фізіології біохімія сформувалася як самостійна наука. Термін «біохімія» запропонував в 1903 р німецький хімік К. Нойберг.
Отже, метою біохімії як біологічної дисципліни є пізнання живої природи. У той же час біологічні процеси за своїм механізмом є хімічними, і саме хімічні методи використовуються як засіб пізнання явищ живого світу. Тому біохімію часто називають хімією життя.
Однак дати визначення поняттю «живе», провести чітку межу, що відокремлює живе від неживого, вельми непросто. Адже будь-які живі організми складаються з «неживих» молекул, що володіють ознаками неживої матерії; їх властивості і поведінку описуються законами фізики і хімії. Разом з тим живі організми мають ряд відмінностей, властивих виключно живої матерії.
Найважливішою відмінною рисою є наявність у живих організмів біологічного обміну речовин, що представляє собою сукупність відбуваються в них хімічних перетворень. Біологічний обмін речовин прийнято називати метаболізмом (від грец зміна). При всьому різноманітті живих організмів, що населяють Землю, основні метаболічні процеси і у мікроорганізмів, і у рослин, і у тварин, і у людини протікають по подібним механізмам, що свідчить про єдність всього живого.
Живі організми нерозривно пов'язані з навколишнім середовищем, з якої вони отримують різні компоненти, необхідні для здійснення процесів життєдіяльності. Вони піддають їх всіляким метаболічним перетворенням, а потім виділяють в навколишнє середовище кінцеві продукти обміну.
Біологічний обмін речовин складається з двох протилежних процесів - асиміляції (від лат. Assimilatio - уподібнення), або анаболізму (від грец. - підйом), і дисиміляції (від лат. Dissimilatio - расподобленія), або катаболізму (від грец скидання).
Асиміляція являє собою сукупність процесів синтезу речовин в живому організмі, тобто процесів утворення самої живої матерії. Дисиміляція, навпаки, є сукупністю процесів руйнування речовин. Живі організми виділяють кінцеві продукти дисиміляції в навколишнє середовище, а проміжні продукти поряд з речовинами, які надходять з навколишнього середовища, використовують як будівельний матеріал в процесах асиміляції.
Асиміляція і дисиміляція являють собою дві сторони єдиного процесу біологічного обміну речовин, завдяки якому безперервно відбувається самовідновлення живого організму.
Іншою особливістю живої матерії є високий рівень її структурної організації. Практично всі живі організми мають клітинну будову. Розрізняють клітини мікроорганізмів, різних органів і тканин рослин і тварин. Однак при всьому своєму різноманітті всі клітини мають ряд загальних морфологи чеських ознак, що є ще одним свідченням єдності всього живого на Землі.
У структурній організації клітини розрізняють кілька рівнів. Перший рівень складають молекули невеликих розмірів - амінокислоти, азотисті основи, моносахариди, жирні кислоти та ін. Які є матеріалом для побудови макромолекул - білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів. Макромолекули складають другий рівень структурної ієрархії в організації клітини. З них формуються мембрани і внутрішньоклітинні органели - ядро, мітохондрії, рибосоми, лізосоми та ін. Утворюють третій рівень структурної організації клітини (рис. 2).
Найважливішою органел клітини є ядро - місце зберігання спадкової інформації і центр управління всіма процесами, що протікають в клітині. Ядро укладено в двумембранную оболонку, пронизану ядерними порами, через які воно обмінюється різними речовинами з цитоплазмою.
Цитоплазма - обов'язковий компонент живої клітини, що представляє собою внутрішню напіврідку середу, в якій протікають важливі метаболічні процеси. Структуру цитоплазми підтримує розгалужена ендоплазматична сітка - система обмежених мембраною дрібних трубочок, що утворюють транспортні шляхи, по яких всередині клітини переміщаються речовини. Пронизана мембранами цитоплазма об'єднує в одне ціле ядро і всі цитоплазматичні органели, забезпечуючи їх взаємодія.
З мембранами деяких ділянок ендоплазматичноїмережі пов'язані рибосоми - дуже дрібні органели, які не мають мембранного будови. На рибосомах здійснюється складний процес біосинтезу білків. Це «мікрофабрики білка». Багато рибосоми вільно лежать у цитоплазмі. Деякі внутрішньоклітинні органели мають власні рибосоми.
Зовні цитоплазму оточує тонка оболонка - цитоплазматична мембрана, що володіє, як і всі біологічні мембрани, властивістю виборчої проникності для речовин, що надходять в клітину і виводяться з неї. Надходження речовин в клітку часто відбувається проти градієнта концентрації.
Клітини рослин, на відміну від тварин клітин, оточені міцною оболонкою - клітинною стінкою, що розташовується поверх цитоплазматичної мембрани. Клітинні стінки служать каркасом, що забезпечує рослинам їх механічну міцність, захищають клітини від ушкоджень.
Внутрішньоклітинні мембрани утворюють клітинні органели, в яких локалізуються різні біохімічні процеси. Так, апарат Гольджі, утворений обмеженими мембраною стопками цистерн, що переходять по краях в бульбашки, бере участь у формуванні деяких продуктів життєдіяльності клітини, в побудові клітинної стінки рослинних клітин. Це «регулиров щик» клітини. По каналах ендоплазматичної мережі до нього надходять синтезовані кліткою речовини, які спочатку накопичуються тут, а потім в відокремилися бульбашках надходять в цитоплазму. Ці речовини використовуються або всередині клітини, або поза нею. Мітохондрії - двумембранние органели - відповідають за забезпечення клітини енергією. Це «силові станції» клітини. Лізосоми - одно-мембранні пухирці - містять ферменти, що руйнують білки, вуглеводи, жири та інші компоненти клітини після її відмирання або припинення функціонування певної її частини. Це органели «самопереваріванія» клітини. Пластида - специфічні двумембранние органели рослинних клітин - служать для протікання процесу фотосинтезу (хлоропласти), накопичення запасних поживних речовин (лейкопласт), каротиноїдів (хромопласти). Вакуоль - обмежений мембраною мішок, заповнений клітинним соком (водним розчином різних з'єднань), - є резервуаром води, місцем скупчування кінцевих продуктів обміну речовин, а також вмістилищем ряду запасних речовин. Вакуоль підтримує тургорное тиск рослинної клітини і нерідко займає до 90% об'єму зрілої клітини.
Якщо порушується внутрішня структурна організація клітини, то така клітина гине. У ній перестають відбуватися процеси, властиві живій клітині, хоча її хімічний склад при цьому не змінюється.
Лекція, реферат. Біохімія як наука - поняття і види. Класифікація, суть і особливості.