Биологический каталог




Основы биохимии

Автор Ю.Б.Филиппович

Ю. Б. ФИЛИППОВИЧ

Ю. Б. ФИЛИППОВИЧ

основы

БИОХИМИИ

Издание четвертое, переработанное идополненное

Рекомендовано Управлением Учебного книгоиздания, библиотек и медиатек Министерства образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности "Химия" и "Биология"

«АГАР»

Москва

«ФЛИНТА»

Москва

Санкт-Петербург

1999

ББК 28.072 (28.072) Ф53

Рецензент: главный научный сотрудник Института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова д-р биол. наук, Соросовский проф. Н. К. НагрВдова

Филиппович Ю. Б.

Основы биохимии: Учеб. для хим. и биол. спец. пед. ун-тов и ин-тов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: изд-во "Агар", 1999.—512 с: ил. ISBN 5-89218-046-8

Описаны строение и метаболизм белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, минеральных веществ, биологически активных соединений, процессы биологического окисления и регуляции обмена веществ. Издание (1-е—1969 г., 2-е—1985 г., 3-е—1993 г.) отличается существенным обновлением материала, усилением проблемного характера изложения всех глав, включением элементов молекулярной биологии и биотехнологии.

© Ю. Б. Филиппович, 1999 ISBN 5-89218-046-8 © "Агар", 1999

ПРЕДИСЛОВИЕ

Исключительная динамичность развития биохимии обусловила необходимость переработки третьего издания учебника, вышедшего в свет несколько лет тому назад. Это выразилось не только в приведении учебного материала в соответствие с современным состоянием биохимических знаний, но и в изменении подходов к изложению и соотношению отдельных разделов в нем, вплоть до введения элементов молекулярной биологии и биотехнологии, наиболее ярко раскрывающих практический потенциал современной биологической химии.

При отборе материала для четвертого издания учебника учитывалось, как и ранее, значение определенных разделов биохимии для формирования отчетливых представлений по общей биохимии, а также то, что развитие самой биохимии в отдельных ее частях идет неравномерно: за последнее время произошли огромные сдвиги в изучении строения и обмена некоторых групп органических соединений. Поэтому в книге уделено много внимания строению белков, нуклеиновых кислот и ферментов, рассмотрены особенности белковых тел как носителей жизни, обращено внимание на принцип комплементарности в строении нуклеиновых кислот и его значение в матричном биосинтезе природных полимеров, изложены современные представления о биологическом окислений, регуляции обмена веществ и взаимосвязи обмена соединений различных классов. Там, где это уместно, освещены вопросы использования достижений биохимии в развитии новых направлений в биологических науках (химическая систематика, молекулярные основы наследственности, изменчивости и эволюции и др.), медицине (наследственные болезни, биохимическая диагностика, стратегия химиотерапии, взаимодействие вирусов и клеток и т. п.), сельском хозяйстве (биохимическая паспортизация генетического фонда, экологическая биохимия, клеточная инженерия и др.) и промышленном производстве (инженерная энзимология, техническая биохимия, фармацевтическая химия, микробиологический синтез и т. п.).

Перечисленные материалы, в том числе и те из них, которые касаются философских, социальных и морально-этических аспектов современной биохимии (проблема сущности жизни, перспективы развития генетической инженерии, соотношение физической, химической и биологической форм движения материи и др.), обеспечивают необходимый уровень подготовки будущих учителей для преподавания в средней школе не только курса органической химии и курса общей биологии, но и для успешного решения всего комплекса задач по реализации основных направлений реформы общеобразовательной и профессиональной школы, равно как и перестройке высшего педагогического образования в нашей стране. Решительная направленность последней на развитие самостоятельной работы студентов обеспечивается широким привлечением дополнительной литературы, рекомендуемый перечень которой читатель найдет в конце учебника. Кроме того, одновременно с выходом учебника

3

в свет издательство «Прометей» опубликует методические разработки «Сводные вопросы для подготовки студентов к безмашинному самоконтролю по курсу биохимии», в которых отражен многолетний опыт преподавания биохимии в МПГУ им. В. И. Ленина. Он складывается из широкого использования модульного принципа изучения курса, рейтинговой системы оценки знаний и проведения экзамена в форме студенческих докладов, рекомендуемые темы которых и литература к ним помещены в этом же методическом руководстве.

Учитывая, что при изложении основ такой стремительно развивающейся науки, как биохимия, неизбежны'как различные толкования тех или иных ее проблем, так и отдельные неточности, автором будут с признательностью приняты советы, пожелания и замечания по содержанию данной книги.

Автор выражает искреннюю признательность д-ру биол. наук, Соросовс-кому проф. Н. К. Наградовой за тщательное рецензирование рукописи и ценные советы по ее содержанию и канд. биол. наук О. П. Курановой—за помощь в подготовке библиографии и рисунков.

Автор

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая химия—наука о качественном составе, количественном содержании и преобразованиях в жизненных процессах соединений, образующих живую материю.

Как самостоятельная научная дисциплина, биохимия оформилась во второй половине XIX в., когда в ряде университетов были созданы кафедры биохимии, написаны учебники, начали издаваться научные журналы, и курс биохимии стал обязательной составной частью учебных планов при подготовке биологов и медиков. Причинами для выделения биохимии в отдельную науку были значительные успехи, достигнутые органической химией в изучении многочисленных природных соединений и физиологией в области исследования процессов, протекающих в животных и растительных организмах (поэтому на заре возникновения биохимию называли физиологической химией). Кроме того, развитие биохимии теснейшим образом связано с потребностями практики—медицины, сельского хозяйства и промышленности.

Особенно бурный процесс развития биохимии характерен для последних десятилетий. Этому способствовало в первую очередь прогрессирующее применение в биохимических исследованиях новых физико-химических методов. Исключительную роль в расширении возможностей научного поиска в биохимии сыграло внедрение в практику биохимических работ рентге-ноструктурного анализа, электронной микроскопии, газовой, жидкостной, гелевой и капиллярной хроматографии, метода меченых атомов, инфракрасной и ультрафиолетовой спектрофотометрии, флуоресцентного и полярографического анализа, электрофореза, метода молекулярных сит, масс-спектрометрии, разделения веществ в гравитационном поле ультрацентрифугированием, методов дисперсии магнитооптического вращения, магнитного кругового дихроизма, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса и др.

Введение новых методических приемов каждый раз поднимало биохимическую науку на более высокую ступень познания закономерностей жизнедеятельности организмов, открывало новые уровни исследования живого. Своеобразной чертой последнего периода в развитии биохимии является широкое применение скоростных методов анализа в соединении с автоматическим контролем. Это в значительной мере облегчает и ускоряет выполнение намечаемых научных программ. В настоящее время полностью автоматизированы: количественное определение ряда соединений—аминокислот в белковых гид-ролизатах, моно- и дисахаридов в биологических жидкостях (кровь, моча и др.); выяснение первичной структуры пептидов, белков и нуклеиновых кислот; проведение исследований по кинетике ферментативного катализа и при серийных определениях энзиматической активности; элементарный анализ природных соединений; синтез пептидов, олигонуклеотидов и белков;

5

процедуры хроматографического и гельфильтрационного фракционирования природных соединений; денситометрирование хроматограмм, электрофоре-грамм и авторадиограмм с выходом на компьютерные системы; проведение работ по установлению уровня включения радиоактивных предшественников в те или иные соединения метаболического фонда. В нашей стране созданы жидкостные и газовые хроматографы, секвенаторы, масс-спектрометры и рентгеновские дифрактометры высокого класса, используются ЭВМ для управления автоматизированными системами анализа и обработки получаемой информации.

Разделы современной биохимии. Современная биологическая химия охватывает большую область человеческого знания. В связи с огромным объемом фактического материала и разнообразием теоретических обобщений биохимия распадается на ряд отделов, каждый из которых имеет самостоятельное значение. В зависимости от подхода к изучению живой материи биохимию делят на статическую, динамическую и функциональную. Статическая биохимия занимается исследованием химического состава организмов. При этом в понятие химического состава включают как качественный состав (и строение) соединений, так и количественное их содержание в тех или иных биологических объектах. Динамическая биохимия изучает превращение химических соединений и взаимосвязанных с ними превращений энергии в процессе жизнедеятельности органических форм. Функциональная биохимия выясняет связи между строением химических соединений и процессами их видоизменения, с одной стороны, и функцией субклеточных частиц специализированных клеток, тканей или органов, включающих в свой состав упомянутые вещества,— с другой.

Деление это в значительной мере условно. Практически в ходе биохимических исследований все три раздела тесно переплетаются друг с другом: ведь в живом организме состав и строение веществ неотделимы от их преобразований, равно как и от функций тех структур, органов и тканей, в которых эти вещества находятся.

В зависимости от объекта или направления исследований современная биохимия распадается на несколько самостоятельных разделов.

Общая биохимия рассматривает закономерности строения, содержания и преобразования в процессе жизнедеятельности организмов химических соединений, общих для живой материи в целом.

Биоорганическая химия выясняет физико-химические основы функционирования важнейших систем живой клетки, используя идеи, методы и приемы химии, включая структурный и стереохимический анализ, частичный и полный синтез природных соединений и их аналогов, разработку препаративных и технологических методов получения природных веществ и их химической модификации в непосредственной связи с биологической функцией этих соединений.

Биоиеоргаиическая химия исследует структуру и функциональную активность комплексов неорганических ионов с органическими молекулами (лиган-дами), их участие в процессах жизнедеятельности вплоть до изучения возможности использовать координационные соединения в качестве моделей биологических систем.

Биохимия животных изучает состав животных организмов и превращения в них веществ и энергии.

Биохимия растений исследует состав растительных организмов и превращений в них веществ и энергии.

Биохимия микроорганизмов выясняет те же вопросы, что и два предыдущих раздела биохимии, но объектом исследования являются микроорганизмы.

б

Медицинская биохимия исследует состав и превращение веществ и энергий в организме человека в норме и патологии.

Ветеринарная биохимия изучает те же вопросы у животных.

Техническая биохимия выясняет состав важнейших пищевых продуктов, изучает превращения, происходящие при их производстве и хранении, а также разрабатывает способы применения биохимических процессов в промышленности.

Сравнительная биохимия сопоставляет состав и пути видоизменения веществ у организмов различных систематических групп, в том числе в эволюционном аспекте (эволюционная биохимия). .

Радиационная биохимия изучает изменение состава и обмена веществ в организме при действии на него ионизирующих излучений и разрабатывает методы биохимической защиты от радиации.

Квантовая биохимия сопоставляет свойства, функции и пути превращения в организме соединений, имеющих биологическое значение,^ их электронными характеристиками, полученными при помощи квантово-химических расчетов.

Космическая биохимия занимается исследованием биохимических проблем, связанных с освоением человечеством космического пространства.

Фундаментальное значение биохимии для ряда сопредельных наук настолько возросло, что в настоящее время не так-то просто очертить ее границы. Оригинальную попытку сделать это предприняла недавно редколлегия журнала «Биохимия» (1989, т. 54, вып. 1), исходя из уровня сложности объекта исследования, его биологической функции и методологического подхода, что наглядно представлено на рис. 1. С этой точки зрения современную биохимию следовало бы определить как науку, раскрывающую закономерности жизнедеятельности на уровне молекул, субклеточных частиц, клеток, организма, биологических сообществ и биосферы при посредстве физических, химических и биологических методов исследования.

Значение биохимии в биологии, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Из приведенного далеко не полного перечня основных разделов современной биохимии ясно ее огромное теоретическое и практическое значение'. Биохимия приобретает все большее основополагающее значение в биологии, так как проникновение в самую глубокую сущность жизненных явлений, управление жизнедеятельностью организма человека, животных, растений и микроорганизмов будет достигнуто только тогда, когда биохимическая наука позволит расшифровать в достаточной мере набор, строение и свойства химических соединений, из которых слагается все живое, и выяснить закономерности их превращений в процессе существования живой материи.

Рис. 1. Соотношение современной биохимии и сопредельных разделов фундаментальной биологии:

заштрихованная часть параллелепипеда—разделы, относящиеся к биохимии

7

Вместе с тем уже на данном этапе своего развития биохимия является фундаментом для решения многих вопросов в биологии, медицине, животноводстве, растениеводстве, промышленности микробиологического синтеза, пищевой промышленности и т. д.

В недрах биохимии, на стыке биологии, химии, физики, математики и кибернетики, зародилась наука об особенностях строения и свойств молекул, обеспечивающих существование биологической формы движения материи,— молекулярная биология. Шаги этой молодой науки столь стремительны, что порой превосходят воображение: заложены основы для понимания механизма биологического катализа и, следовательно, управления процессами жизнедеятельности, выявлены кардинальные закономерности специфического биосинтеза макромолекул, все больший размах приобретают работы по генетической инженерии. В результате исследования процессов преобразования нуклеиновых кислот под влиянием физических факторов и химических агентов найдены принципиально новые подходы к пониманию явлений изменчивости и наследственности в природе.

Успехи в изучении структуры белков и нуклеиновых кислот заложили прочные основы для развития биохимической систематики, молекулярной эволюци

страница 1
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Скачать книгу "Основы биохимии" (16.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.09.2017)