БИОХИМИЯ

БИОХИМИЯ, наука о хим. составе и превращениях веществ в организме. Б. опирается на физ., коллоидную и органическую химию и, в свою очередь, служит основой для физиологии ж-ных и р-ний. Биохимические превращения лежат в основе таких важнейших процессов жизнедеятельности организмов, как рост и развитие, питание, дыхание, брожение, размножение и т. д. Вещества, входящие в состав живого организма, подвергаются непрерывным изменениям. В результате процессов ассимиляции вещества, воспринимаемые организмом извне, после сложных изменений превращаются в вещество самого организма. Наряду с этим, в организме непрерывно идут процессы разложения веществ (диссимиляция). Возникающие в результате процессов диссимиляции продукты распада выделяются во внешнюю среду. Единство процессов ассимиляции и диссимиляции и лежит в основе обмена веществ, изучение к-рого составляет один из важнейших разделов биохимии.

Основным процессом ассимиляции, являющимся источником органической жизни на нашей планете, служит фотосинтез (см.), получивший всестороннее научное объяснение в классических исследованиях Тимирязева (см.). Примером диссимиляционного процесса служит дыхание ж-ного и р-ния (см. Дыхание). Химизм дыхания и его значение были выяснены ещё в середине 18 в. Тогда же была установлена аналогия между горением и дыханием. Эта аналогия помогла выяснить также хим. сущность брожения и показать, что сахар превращается при этом в спирт, углекислоту и воду. Наряду с интенсивным изучением брожения, конец 18 в. и в особенности 19 в. были ознаменованы открытием ряда др. важнейших ферментативных процессов (распад белков под влиянием желудочного сока, осахаривание крахмала солодом и др.). Наконец, в 80-х гг. 19 в. были впервые изолированы препараты ферментов амилазы (из солода), пепсина (из желудочного сока) и трипсина (из панкреатического сока). Огромное значение в развитии Б., как и химии вообще, имело открытие закона сохранения энергии. Важнейшим событием явился также первый синтез органического вещества, осуществлённый в 1824 Велером (гиппуровая кислота). На первых этапах развития Б. заимствовала свои идеи и методы из химии органической. Основной задачей своих исследований биохимики считали изучение особенностей строения органических веществ, входящих в состав живых организмов. Лишь значительно позднее Б. встала на правильный путь познания специфических особенностей живого организма через изучение протекающих в нём процессов обмена веществ. Выдающуюся роль в этом отношении сыграли работы русских исследователей - Баха, Прянишникова (см.), В. И. Палладина, С. П. Костычева, В. С. Гулевича - крупнейших учёных с мировым именем. Среди многочисленных работ А. Н. Баха наибольшей известностью пользуется созданная им более 50 лет назад перекисная теория медленного биологического окисления, к-рая до наст. времени полностью сохранила своё значение.

Процессы, протекающие в живой клетке (in vivo), отличаются от таких же процессов, воспроизводимых в лабораторной обстановке (in vitro), неизмеримо большей скоростью. Эта скорость обусловлена наличием в живой клетке определённой группы веществ - ферментов (см.), выполняющих роль специфических катализаторов биохимических процессов. Ферменты синтезируются живой тканью организма, но они способны катализировать процессы превращения, протекающие и вне живого организма. По образному выражению Данилевского, осуществившего 1-й в мире ферментный синтез пластеина из продуктов распада белков (1886), "ферменты являются единственными инициаторами жизненных процессов". Ферменты, участвующие в биохимических процессах, обусловливают не только скорость этих процессов, но и их направленность, к-рая выражается в определённой последовательности превращений отдельных групп веществ. Согласованность отдельных звеньев этих превращений - наиболее характерная черта процессов, протекающих в живой клетке. Обусловлена эта координация особой организацией живого вещества клетки, её протоплазмы, отдельные ингредиенты к-рой локализованы в различных участках и изолированы вследствие этого друг от друга и от ферментов, активирующих их превращения. Разрушение структуры протоплазмы, независимо от причин, к-рыми оно вызвано (замораживание с последующим оттаиванием, сильное обезвоживание, растирание и т. д.), приводит прежде всего к нарушению пространственной локализации веществ протоплазмы и ферментов, вследствие чего резко нарушается взаимосвязь между отдельными звеньями биохимических процессов. Вместо свойственного живой клетке единства процессов становления и распада веществ, определённого порядка и последовательности хим. реакций, в убитой клетке процессы приобретают одностороннюю направленность по линии распада.

Несмотря на огромное разнообразие веществ, встречающихся в тканях ж-ных и р-ний, превращения этих веществ протекают по одному из след. типов биохимических реакций. 1) Конденсация. Удлинение углеродной цепи за счёт соединения более простых молекул, причём связь между соединяющимися друг с другом молекулами осуществляется через их углеродные атомы. Примером реакций подобного типа может служить образование молекулы сахара из формальдегида, протекающее при фотосинтезе. Обратный конденсации процесс - разрыв углеродной цепи, также чрезвычайно широко распространён в живых организмах. В частности, вся углекислота, выделяемая организмами при дыхании или брожении, возникает именно этим путём. 2) Полимеризация, т. е. соединение 2 или неск. молекул в одну, более сложную, причём присоединение идёт с помощью т. н. кислородного или азотного мостика. При полимеризации происходит выделение того или иного количества молекул воды. Противоположный полимеризации процесс - гидролиз идёт с присоединением к сложной молекуле необходимого количества воды, после чего происходит распад на простые вещества. Путём полимеризации в организме возникают, напр., крупномолекулярные углеводы (крахмал, клетчатка и т. д.) из глюкоз (см.), молекулы белка из аминокислот (см.) и т. д. Полимеризация и гидролиз лежат в основе всех процессов питания, передвижения веществ по организму и накопления их в последнем. Наиболее резко выражены процессы полимеризации в созревающем зерне и в др. запасных органах р-ния (корне- и клубнеплоды), а также ж-ного (печень). Процессы гидролиза играют решающую роль при прорастании семян, клубней, корней и т. д. 3) Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в организмах. Значение этих реакций определяется тем, что именно они дают энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности организмов. Биохимические процессы, протекающие в почве, представляют одну из существенных сторон почвообразования.

Биохимические процессы, катализируемые определёнными группами ферментов, играют огромную роль в ряде производств, в основе к-рых лежат сложные изменения заключённых в сырье веществ; в результате этих изменений сырьё превращается в готовый продукт (хлебопечение, чайная и табачная пром-сть, пивоварение, спиртокурение и др.). При помоле зерна, скручивании чайного листа, затирании солода, раздавливании винограда, сушке табака и т. д. разрушаются живые ткани сырья, но заключённые в них ферменты сохраняются в активном состоянии; именно они обусловливают те хим. изменения, к-рые происходят в созревающем тесте, пивном заторе, ферментирующемся табаке, чае и т. д. В результате этих изменений и возникают новые вещества, сообщающие готовому продукту такие свойства, как вкус, аромат, цвет, структура и пр. Эти превращения идут либо под воздействием собственных ферментов сырья, либо за счёт ферментов микроорганизмов, используемых для данной цели (напр., дрожжи в хлебопечении, в винокуренном производстве и т. д.).

Биохимические исследования, проведённые, гл. об., в Советском Союзе [Бах (см.), Опарин, Смирнов, Шмук], дали возможность раскрыть роль и производственное значение этих ферментативных реакций. Вместе с тем, они послужили основой для сознательного регулирования процессов переработки сырья, повышения качества продукции (внесезонная сушка табака, повышение хлебопекарных качеств зерна и муки, биохимический контроль чайного производства и ряд др. отраслей). Исключительно важна роль Б. во всех отраслях производства, в основе к-рых лежат бродильные процессы (спиртокурение, сыроварение, квашение и т. д.). Много очень важных выводов сделано на основе Б. для практики хранения зерна, плодов, корне- и клубнеплодов, для дозревания зерна, его сушки, для рационализации процессов хлебопечения и т. д. Исключительное значение имеют биохимические процессы на всём протяжении жизненного цикла растительных и животных организмов. Изучение особенностей действия ферментов в различных органах р-ния на разных этапах его развития позволило выявить внутренние причины, определяющие такие биологические и хоз. важные свойства р-ния, как длина периода вегетации, богатство тканей запасными веществами, иммунитет к микроорганизмам, морозо-засухоустойчивость и т.д. - Мощное развитие Б. в нашей стране началось при советской власти. В 1921 А. Н. Бахом был организован Биохимический ин-т Наркомздрава РСФСР, впоследствии реорганизованный в отдел биохимии Ин-та экспериментальной медицины Академии медицинских наук СССР. В 1935 в составе Академии наук СССР организован Биохимический ин-т им. А. Н. Баха. Значительно раньше (1925) основан Биохимический ин-т Академии наук УССР.

Помимо исследований по технологии ферментов применительно к ряду отраслей пищевой пром-сти, Биохимический ин-т Академии наук СССР широко развернул работы по изучению роли ферментов в обмене веществ в организме и, в частности, в синтезе растительным организмом различных классов органических веществ.

Одним из важнейших направлений биохимических исследований последних 10 - 15 лет является разработка учения о витаминах (см.). В результате этих работ удалось не только выяснить хим. состав и строение всех важнейших витаминов, но и большую часть из них синтезировать хим. путём. Наряду с искусственным синтезом витаминов, Б. много сделала "по изучению путей синтеза витаминов в р-нии, механизма действия витаминов, по изысканию источников получения витаминов из растительного сырья непищевого значения и т. д. Выдающиеся открытия сделаны в последние годы сов. биохимиками при изучении механизма мышечного сокращения. Установлено, что белок миозин - основа мышечного вещества - является носителем ферментативных функций. Вызывая распад аденозин-трифосфорной кислоты, миозин способствует высвобождению запасов энергии, заключённых в этом соединении. Одновременно распад аденозин-трифосфорной кислоты вызывает в миозине эффект, к-рый лежит в основе мышечного сокращения. Тем самым переброшен мост между биохимической реакцией и механической работой живой ткани. Мировую известность приобрели работы сов. биохимика А. Е. Браунштейна по так наз. переаминированию, т. е. механизму переноса аминогруппы с одной аминокислоты на другую. Большое практическое и теоретическое значение имеет открытое советскими учёными участие фосфорной кислоты в процессах распада и синтеза полисахаридов в растительном и животном организме (фосфоролиз). - См. также Питание растений и Рост.

Б. Рубин

Литература: Бах А., Сборник избранных трудов, Л., 1937; Биохимия культурных растений, под общ. ред. Н. Н. Иванова, т. I-VII, М. - Л., 1936-40; Костычев С. Физиология растений 3 изд., т. I, M. - Л., 1937; Палладии А., Учебник биологической химии, 12 изд., М. - Л., 194 6; журн. "Биохимия", М.- Л., 1936-.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 1 (А - Е)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949, с. 620