Учебная литература Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. Биологическая химия А. Ленинджер. Основы биохимии А. Страйер. Биохимия Д. Мецлер. Биохимия Основы биохимии. Ред. А.А. Анисимов.1986.

Биохимия – это наука о химическом составе веществ живых организмов, их свойствах и превращениях в процессе жизнедеятельности. Совокупность этих превращений, отражающих постоянную взаимосвязь организма с внешней средой, называется обменом веществ или метаболизмом. Биохимия – это наука о молекулярных основах жизни. В связи с этим различают статическую биохимию и динамическую. По направлению исследований выделяют следующие разделы биохимии: техническая, медицинская, эволюционная, квантовая, космическая, ветеринарная, энзимология. По объекту исследований: биохимия растений, животных и человека, биохимия микроорганизмов.

Молекулярная биология- это уровень изучения и познания явлений жизни на основе понимания роли атомов и молекул в образовании биологических структур и их функций. Предмет молекулярной биологии: Структура вещества наследственности (РНК. ДНК). Механизмы воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов. Механизмы реализации генетической информации через синтез белков. Регуляция этих систем в процессах жизнедеятельности.

Молекулярная логика живого Все живые объекты состоят из неживых молекул. Если эти молекулы выделять и изучать индивидуально, то оказывается, что они подчиняются всем физическим и химическим законам, определяющим поведение неживого вещества. Тем не менее живые организмы обладают необычными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживого вещества.

Поэтому главная задача, стоящая перед современной биохимией, заключается в том, чтобы определить, каким образом неживые молекулы, составляющие живые организмы, взаимодействуют друг с другом, поддерживая живое состояние и обеспечивая его воспроизведение. Можно думать, что решение этой задачи позволит ответить на вопрос о том, каким образом на Земле впервые возникла жизнь.

Свойства, характеризующие живую материю Сложность и высокий уровень организации. Живые организмы обладают усложненной внутренней структурой и содержат многочисленные химические соединения разнообразного строения. При этом живые организмы представлены поразительным разнообразием различных видов. Напротив, окружающая их неживая среда – почва, вода, горные породы – обычно представляет собой неупорядоченные смеси относительно простых химических соединений, характеризующихся весьма слабо выраженной структурной организацией.

Все исключительно разнообразные органические соединения (биомолекулы) содержат углерод в относительно восстановленной или гидрированной форме. Многие биомолекулы содержат также азот. В неживой материи углерод и азот распространены гораздо меньше У Е. coli содержится уже 3000 различных видов белков, а у человека уже приблизительно 5 млн., причем ни один из белков Е. coli не идентичен какому-либо из белков человека, хотя некоторые из них функционируют сходным образом. Каждый вид организмов имеет свой собственный набор молекул белков и нуклеиновых кислот. Поскольку известно свыше видов живых организмов различного уровня сложности от Е. coli до человека, можно рассчитать, что все виды, вместе взятые, содержат приблизительно от до различных белков и около различных нуклеиновых кислот. Если мы сравним эти цифры с общим числом всех синтезированных до настоящего времени органических соединений, которое не превышает 1 млн. то станет ясно, что нам известно точное строение ничтожно малой части всех органических молекул, существующих в живой природе. Ясно, что попытка изолировать, идентифицировать и синтезировать все те разнообразные органические молекулы, которые входят в состав живых организмов, задача, в сущности, совершенно безнадежная.

под функциональным многообразием молекул, являющихся строительными блоками, кроется принцип молекулярной экономии. Вероятно, живые клетки содержат лишь наименьшее число типов наипростейших из всех возможных молекул, достаточное для того, чтобы обеспечить свойственную им форму существования в определенных условиях среды, т. е. видовую специфичность.

при всей сложности молекулярной организации клетки для нее характерна изначальная простота ; тысячи ее различных макромолекул построены из немногочисленных типов простых молекул строительных блоков. Поскольку биомолекулы, являющиеся строительными блоками, идентичны у всех известных видов организмов, можно сделать вывод, что все живые организмы имеют общего предка. Очевидно, что постоянство каждого вида организмов сохраняется благодаря наличию лишь ему свойственного набора нуклеиновых кислот и белков.

Живому миру свойственна поразительная универсальность. На это указывает почти полная идентичность компонентов, из которых построены клеточные структуры, сходство путей синтеза и распада многих химический соединений в клетке, наборов ферментов и т.д.

Функциональность и специальное назначение всех частей живого вещества. И это справедливо не только для внутриклеточных структур, таких, как ядро или клеточная мембрана, но также для индивидуальных химических компонентов клетки – липидов, белков и нуклеиновых кислот. В случае живых организмов вполне правомерен вопрос о функции данной молекулы. В то же время такой вопрос применительно к молекулам, образующим скопления неживого вещества, был бы неуместен и бессмыслен.

Возможность извлекать из окружающей среды и преобразовывать энергию, которая расходуется на построение и поддержание характерной для живого сложной структурной организации, причем в качестве сырья используются простые исходные материалы. Живые организмы могут также выполнять другие виды полезной работы. например совершать механическую работу при передвижении. Неживая материя не обладает подобной способностью использовать внешнюю энергию для поддержания собственной структурной организации. Напротив, когда неживая система поглощает внешнюю энергию, например свет или тепло, она, как правило, переходит в состояние, характеризующееся меньшей степенью упорядоченности.

способность к точному самовоспроизведению – свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией, которое мы называем жизнью. Известные нам скопления неживого вещества не обнаруживают способности к самовоспроизведению, т.е. к производству на протяжении многих «поколений» форм, идентичных по массе, размеру и внутренней структуре.

Клетки могут функционировать как химические машины благодаря тому, что они содержат ферменты катализаторы, способные значительно ускорять химические реакции. Известны тысячи различных ферментов. Ферменты значительно превосходят искусственные катализаторы по специфичности, каталитической активности и способности действовать в мягких условиях, т. е. при умеренной температуре и физиологической рН. Они способны в течение миллисекунд обеспечить протекание сложных многостадийных реакций, для проведения которых химику потребовались бы дни, недели или месяцы работы. Однако самое замечательное свойство состоит в том, что реакции, катализируемые ферментами, протекают со стопроцентным выходом и не сопровождаются образованием побочных продуктов. Этим они отличаются от органических реакции, проводимых в лаборатории при помощи искусственных катализаторов.

Поскольку каждый фермент способен ускорять только какую-то одну реакцию данного соединения, не влияя при этом на другие его возможные реакции, в живых организмах может протекать одновременно множество различных независимых реакций, причем без риска увязнуть в трясине бесполезных побочных продуктов. Эта высокая степень специфичности ферментов есть результат действия еще одного важного принципа молекулярной логики живого состояния, а именно принцип структурной комплементарности.

Способность к саморегуляции очень важна для поддержания устойчивого состояния живой клетки. Так, клетка может «выключать» синтез ферментов, необходимых для производства определенного продукта из его предшественников, всякий раз, когда она получает этот продукт в готовом виде из окружающей среды

Итак, мы описали ряд характерных межмолекулярных взаимодействий и взаимоотношений, составляющих в совокупности молекулярную логику живого. Все сказанное можно суммировать следующим образом: живая клетка – это открытая система, обладающая способностью к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению. Эта система состоит из большого числа связанных друг с другом реакций, ускоряемых органическими катализаторами, которая производит сама клетка; клетка действует по принципу максимальной экономии составных частей и процессов. Рассматривая молекулярную логику живого состояния, мы не сталкиваемся с нарушением известных физических законов или с необходимостью сформулировать какие-нибудь новые законы. Хотя механизмы живых клеток действуют в пределах того же круга законов, которые управляют работой созданных человеком машин, химические реакции и процессы, протекающие в клетках, гораздо более совершенны и намного превосходят возможности современного химического производства.