История возникновения и основные этапы развития биохимии

Министерство  здравоохранения и социального  развития Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

первый    московский   государственный   медицинский университет   имени И.м.Сеченова 

      Кафедра  Биохимии 
 
 
 
 

      Реферат

      «История  возникновения и основные этапы  развития биохимии» 
 

      Специальность 03.01.04 Биохимия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011 
 

План 

Введение………………….………………………………………………………..3

Основная часть…………………………………………………………………….4

История возникновения и развития биохимии…………………………………4

Протобиохимия……………………………………………………………………4

Биохимия XVII – XVIII веков…………………………………………………... 5

Биохимия XIX века. Развитие классической биологической химии. …………5

История открытия белков ………………………………………………………..7

Биохимия в ХХ веке ……………………………………………………………..9

Век биохимии…………………………………………………………………… 11

Список литературы………………………………………………………………13

 
 

Введение.

     Биохимия (биологическая химия) - сравнительно молодая наука, возникшая на стыке  биологии и химии в конце XIX века. До этого времени вопросы, рассматриваемые ныне биохимией, изучались с разных сторон органической химией и физиологией. Она отличается от органической химии тем, что исследует только те вещества и химические реакции, которые имеют место в живых организмах, прежде всего в живой клетке. Биологическая химия изучает процессы развития и функционирования организмов на языке молекул, структуру и химические процессы, которые обеспечивают жизнь одно- и многоклеточных существ, населяющих Землю. [2]

     В соответствии с задачами исследования по биохимии, различают несколько направлений, в частности статическую, динамическую и функциональную биохимию. Статическая биохимия изучает: составляющие химические части организмов, их распределение, физико-химические и биологические свойства. Динамическая биохимия изучает всю совокупность химических превращений тех или иных органических соединений в процессе жизнедеятельности (окисление, восстановление, гидролитическое и фосфоролитичне расщепления, этерификации, синтез сложных соединений из более простых и т.п.). Динамическая биохимия, таким образом, стоит ближе к физиологии и медицине, чем к органической химии. Этим и объясняется то, что вначале биохимия называлась физиологической (или медицинской) химией.Функциональная биохимия изучает биохимические процессы, лежащие в основе проявлений жизнедеятельности организмов и отдельных органов (питание, ассимиляцию и диссимиляцию, дыхание, брожение, рост, размножение, наследственность, раздражимость), а также изменения этих процессов под влиянием различных внешних условий и внутренних факторов, связанных с видовой принадлежностью, возрастом и полом организмов. Согласно объектам исследования различают биохимию человека, животных, растений (фитобиохимия) и микроорганизмов (всех доменов жизни).

Выдающиеся  открытия в области учения о ферментах, биохимической генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики превратили биохимию в фундаментальную дисциплину, позволяющую решать многие важные проблемы биологии и медицины. [5]

Учёным  удалось проникнуть в глубь живой  материи до уровня составляющих её молекул, надмолекулярных комплексов и их организованных ансамблей. Сформировалась совершенно новая система проблем, в которых фундаментальные познавательные задачи оказались сближенными с практическим приложением необычайно высокой эффективности (идёт ли речь о функционировании ферментов, деятельности мозга, защиты от инфекций и многого другого, включая важнейшую проблему манипулирования с генетическим материалом). Всё это привело к тому, что за последнюю четверть века - срок необычайно короткий, если подходить к нему с установившимися историческими мерками, - структура биологии подверглась значительным переменам. Внедрение методов химии в биологию содействовало тому, что формирующаяся биохимия оказалась среди биологических наук наилучшим образом подготовленной для проникновения в тайны функционирования клетки. Именно благодаря этому она превратилась из «служанки физиологии» в самостоятельную, методологически необычайно важную область биологии. [6 ]

                                                                                                                                                                       

История возникновения и развития  биохимии

Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, широкое использование он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберг в 1903 году. Однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности, не подозревая, разумеется, об их истинной сущности. В самые отдалённые времена уже была известна технология таких основанных на биохимических процессах производств, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, выделка кож. Таким образом можно выделить основные этапы развития биохимии:

 

     1. «Протобиохимия». Концепции процессов жизнедеятельности и их природы, развиваемые в древности, античности, в период средневековья. Концепции жизнедеятельности  в Эпоху Возрождения, привлечение их для описания и объяснения химических процессов.

     2. Экспериментальное изучение процессов жизнедеятельности в 17-18 вв. Первые химические теории и объяснения процессов дыхания, пищеварения, брожения.

     3. «Новая химия» и изучение методами химии живых организмов и процесс жизнедеятельности. Первый кризис методологии в области взаимодействия химии и биологии.

     4. Формирование биологической химии в рамках редукционистских программ биологии второй половины 19 века.

     5.  Развитие классической биологической химии.

     6.  Прогресс биохимии и революция в биологии во второй половине 20 века – формирование физико-химической биологии. Методологические, эмпирические и теоретические основы этого процесса. Интегрирующая роль физико-химической биологии в системе биологических наук.

Протобиохимия.

 

     Изучение  живой материи с химической стороны  началось с того момента, когда возникла необходимость исследования составных частей живых организмов и совершающихся в них химических процессов в связи с запросами практической медицины и сельского хозяйства. Исследования средневековых алхимиков привели к накоплению большого фактического материала по природным  органическим соединениям. В 16-17 вв. воззрения алхимиков получили развитие в трудах ятрохимиков, считавших, что жизнедеятельность организма человека можно правильно понять лишь с позиций химии. Так, один из виднейших представителей ятрохимии – немецкий врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс выдвинул прогрессивное положение о необходимости тесной связи химии с медициной, подчёркивая при этом, что задача алхимии не в изготовлении золота и серебра, а в создании того, что является силой и добродетелью медицины. Ятрохимики ввели в медицинскую практику препараты ртути, сурьмы, железа и других элементов. Позже И. Ван-Гельмонт высказал предположение о наличии в «соках» живого тела особых начал, так называемых «ферментов», участвующих в разнообразных химических превращениях.

Биохимия  XVII – XVIII веков.

 

     В 17-18 вв. работали такие выдающиеся учёные как М.В. Ломоносов и А. Лавуазье, открывшие и утвердившие в  науке закон сохранения материи (массы). Лавуазье внёс важнейший вклад  в развитие не только химии, но и в изучение биологических процессов. Развивая более ранние наблюдения Майова, он показал, что при дыхании, как и при горении органических веществ, поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Одновременно им же, вместе с Лапласом, было показано, что процесс биологического окисления является и источником животной теплоты. Это открытие стимулировало исследования по энергетике метаболизма, в результате чего уже в начале 19 века было определено количество тепла, выделяемого при сгорании углеводов, жиров и белков.

     Крупными  событиями второй половины 18 века стали  исследования Р.Реомюра и Л. Спалланцани  по физиологии пищеварения. Эти исследователи  впервые изучили действие желудочного  сока животных и птиц на различные  виды пищи (главным образом мясо) и положили начало изучению ферментов пищеварительных соков. Возникновение энзимологии (учение о ферментах), однако, обычно связывают с именами К.С. Кирхгофа, а также Пейена и Персо, впервые изучивших действие на крахмал фермента амилазы in vitro.

     Важную роль сыграли работы Пристли и особенно Ингенхауса, открывших явление фотосинтеза (конец 18 века).

Биохимия  XIX века. Развитие классической биологической химии.

 

     На  рубеже 18 и 19 вв. были проведены и  другие фундаментальные исследования в области сравнительной биохимии; тогда же было установлено существование круговорота веществ в природе.

     Успехи  статической биохимии с самого начала были неразрывно связаны с развитием  органической химии.

     Толчком к развитию химии природных соединений явились исследования шведского химика К. Шееле (1742-1786 гг.). Он выделил и описал свойства целого ряда природных соединений – молочную, винную, лимонную, щавелевую, яблочную кислоты, глицерин и амиловый спирт и др. Большое значение имели исследования И.Берцелиуса и Ю.Либиха, закончившиеся разработкой в начале 19 века методов количественного элементарного анализа органических соединений. Вслед за этим начались попытки синтезировать природные органические вещества. Достигнутые успехи – синтез в 1828 году мочевины, уксусной кислоты (1844 г.), жиров (1850 г.), углеводов (1861 г.) – имели особенно большое значение, так как показали возможность синтеза in vitro ряда органических веществ, входящих в состав животных тканей или же являющихся конечными продуктами обмена. Во второй половине 18 – начале 19 века были проведены и другие важные исследования: из мочевых камней была выделена мочевая кислота, из желчи – холестерин, из меда – глюкоза и фруктоза, из листьев зеленых растений – пигмент хлорофилл, в составе мышц был открыт креатин. Было показано существование особой группы органических соединений – растительных алкалоидов, нашедших позднее применение в медицинской практике. Из желатины и бычьего мяса путем их гидролиза были получены первые аминокислоты: глицин и лейцин.

     Во  Франции в лаборатории К. Бернара  в составе ткани печени был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление. В Германии в лабораториях Э. Фишера, Э. Ф. Гоппе-Зейлера, А. Косселя и других были изучены структура и свойства белков, а также продуктов их гидролиза, в том числе и ферментативного.

     В связи с описанием дрожжевых  клеток (1836-1838гг.) начали активно изучать  процесс брожения (Либих, Пастер и  др.). Ферментативные процессы известны человеку с глубокой древности. В  частности, брожение широко использовалось греками для получения вина, открытие этого способа приписывалось богу Бахусу. Народы многих стран издавна владели искусством приготовления хлеба, сыра, уксуса на основе переработки растительного и животного сырья. Однако современный этап в развитии энзимологии относится к началу прошлого века. В 1814 г. член Петербургской Академии наук К. Кирхгоф установил, что крахмал превращается в сахар под действием некоторых веществ, находящихся в прорастающих зернах ячменя. Дальнейший шаг вперед в этом направлении был сделан французскими химиками А. Пайеном и Ж. Пирсо, которые в 1833 г. показали, что термолабильный фактор, получаемый из солодового экстракта путем осаждения спиртом, обладает способностью гидролизовать крахмал; они назвали его - диастазой. [4]

     Вскоре  разгорелся спор о природе брожения, в котором участвовали крупнейшие представители естествознания того времени. В частности, Л. Пастер придерживался  мнения, что брожение вызывается живыми микроорганизмами и, следовательно, связано исключительно с их жизнедеятельностью. С другой стороны, Ю. Либих и К. Бернар отстаивали химическую природу брожения, считая, что оно связано с особыми веществами, подобными диастазе (амилазе). И. Берцелиус в 1837 г. показал, что ферменты - это катализаторы, поставляемые живыми клетками. Именно тогда появились термины «фермент» (от лат. fermentatio - брожение) и «энзим» (от греч. - в дрожжах). Спор был окончательно разрешен лишь в 1897 г., когда немецкие ученые братья Ганс и Эдвард Бухнеры показали, что дрожжевой бесклеточный сок (полученный при растирании дрожжей с инфузорной землей) способен сбраживать сахар с образованием спирта и СО₂. Стало ясным, что дрожжевой сок содержит сложную смесь ферментов (названную зимазой) и эти ферменты способны функционировать как внутри, так и вне клеток. По словам одного из историков, появление пузырьков углекислого газа в опыте Бухнеров означало рождение современных биохимии и энзимологии. Попытки выделить ферменты в индивидуальном состоянии предпринимали многие исследователи, среди которых следует упомянуть А. Я. Данилевского, Р. Вильштеттера и др. Белковая природа ферментов была однозначно доказана в 1926 г. американским биохимиком Дж. Самнером, выделившим в кристаллическом виде фермент уреазу из семян канавалии. В 1930 г. Дж. Нортроп получил  кристаллический пепсин, а затем трипсин и химотрипсин. С этого периода стало общепринятым утверждение, что все ферменты являются белками.