скому окислению, изложенный в гл. 12; гл. 13, включающая более специальные вопросы, полезна для углубленного изучения и для справок.

Некоторые биохимические процессы протекают не совсем одинаково у млекопитающих и у организмов, относящихся к другим группам. Соответствующие сопоставления делаются только в тех случаях, когда это необходимо для лучшего понимания метаболизма млекопитающих. Иногда, чтобы не нарушать ход изложения основных вопросов, материал такого характера набран петитом. Приведено также весьма немного примеров патологических нарушений нормальных процессов, которые представляют собой по сути эксперименты, поставленные самой природой; изучение их помогает лучшему пониманию естественного процесса.

Бурный рост биохимических знаний и исчезновение границ между биохимией и другими биологическими науками вызвали необходимость серьезно переработать предыдущее издание с целью подготовки современного руководства. Поэтому очень доброжелательно было встречено включение в авторский коллектив двух новых членов, что значительно облегчило уже саму задачу составления плана шестого издания, а также, что было очень важным, позволило изменить структуру нескольких глав и характер изложения в них материала. Как и в ранних изданиях, каждый автор знакомился со всей книгой, просматривал все главы, принимал участие в обсуждении и переработке материала, и, следовательно, по-прежнему несет ответственность за содержание всей книги.

ПРЕДИСЛОВИЕ

9

Стремительное развитие биохимии привело к пониманию молекулярных механизмов ряда биологических явлений, включая такие проблемы, как структура белков, механизм ферментативного катализа, различные аспекты процессов синтеза нуклеиновых кислот и белков (в том числе генетическое значение и роль изменений этих процессов в патологии), особенности регуляции метаболизма, строение и роль различных клеточных органелл н мембран, биоэнергетика, основы мышечного сокращения, структура и функция нервной системы и соединительной ткани, механизм действия гормонов. Это заставило фактически заново написать более 75% книги. Даже те из глав, которые в основном были сохранены в соответствии с предыдущим изданием, были значительно переработаны. Содержание четырех совершенно новых глав-—«Простагландины», «Вирусы», «Иммунохимия и система комплемента» и «Тимус» — отражает увеличивающийся вклад фундаментальных представлений и экспериментальных подходов биохимии в развитие других разделов биологии.

Нам пришлось преодолеть серьезные трудности, связанные с изложением в сжатой форме все возрастающего объема биохимической информации, а также с выбором разделов, которые следует считать наиболее важными. Мы были вынуждены, к сожалению, опустить большую часть сведений по истории биохимии и свести к минимуму экспериментальные обоснования излагаемого материала. Мы надеемся, однако, что приведенное краткое описание различных типов экспериментов и сделанные замечания о их использовании в научных исследованиях позволят студенту получить представление о путях получения биохимической информации. К большому нашему сожалению пришлось отказаться от возможности указывать имена многих сотен ученых, труды которых обеспечили бурный расцвет биохимии.

Мы выражаем глубокую признательность многочисленным коллегам и друзьям за информацию и критические замечания, учтенные при подготовке этого нового издания, а также тем преподавателям и студентам, которые дали ряд ценных советов и обратили наше внимание на случайные ошибки. Мы хотим также поблагодарить издателей Д. Д. Джефферса и А. Макноу, а также М. Лабарбера и Т. Армстронга за терпение и благожелательность, помощь и сотрудничество, а также координацию всей деятельности, связанной с завершением публикации этой книги.

И, наконец, мы глубоко благодарны нашим женам за терпение и моральную поддержку в течение долгих дней, потребовавшихся для подготовки и завершения настоящего издания.

А. Уайт, Ф. Хендлер, Э. Смит, Р. Хилл, И. Неман

Глава 1 ПРЕДМЕТ БИОХИМИИ

В древнем языке слово жизнь употреблялось применительно к таким разным объектам, как трава, деревья, насекомые, черви, птицы, рыбы и человек. Все они проходят жизненный цикл, воспроизводят себе подобных и отвечают определенным образом на сигналы, поступающие из внешней среды. В течение нескольких тысячелетий была создана классификация «живых» форм, первоначально на основе признаков, видимых невооруженным глазом, т. е. их сравнительной макроанатомии, и позже с помощью светового микроскопа. В начале XIX в. Шлейден и Шванн обнаружили, что все живые организмы построены из отдельных клеток, довольно сходных по размерам и общему строению. На основании этой еще весьма скудной информации и глубокого анализа данных палеонтологии Дарвин сумел сформулировать самое всеобъемлющее и убедительное обобщение в биологии — концепцию непрерывной биологической эволюции.

Между тем развитие естественных наук позволяло биологам решать все более сложные вопросы. Вскоре после определения газового состава атмосферы было установлено, что животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а зеленые растения осуществляют обратный процесс в ходе фотосинтеза. Лавуазье и Лаплас в 1785 г. показали, что основные законы сохранения энергии и вещества, применимые к физическому миру, также справедливы и для биологических объектов, которые были подвергнуты исследованию. Выделение все новых и новых индивидуальных веществ из живых организмов и установление факта, что все они содержат углерод, явилось началом органической химии. Это укрепляло виталистическую точку зрения, однако в 1828 г. Вёл ер синтезировал мочевину и показал тем самым, что соединения углерода могут быть получены и без участия живых организмов. После того как Берцелиус сформулировал основные принципы катализа, стало ясно, что птиалин слюны, пепсин желудочного сока и амилаза солода являются биологическими катализаторами. В то время считали, что дрожжи — это простой катализатор, и поэтому ран-

12

I. ПРЕДМЕТ БИОХИМИИ

ние исследования химии брожения не способствовали доказательству ложности виталистических представлений. Действительно, по иронии судьбы химический синтез этанола, осуществленный Хен-нелем раньше, чем синтез мочевины, не был использован для обобщающих выводов, поскольку до работ Пастера дрожжи не считались живыми организмами.

До тех пор, пока не были установлены основные законы физики и химии, действующие в неживом мире, невозможно было сформулировать проблемы, затрагивающие более глубокое понимание природы жизни. Эти вопросы, которые мы вкратце рассмотрим, были поставлены только в первой четверти XX в. Между тем успешно развивались неорганическая, органическая и физическая химия, были сформулированы законы термодинамики и оказалось возможным детально исследовать, подчиняются ли живые системы законам физики и химии. Получила признание доктрина эволюции, Грегором Менделем были сформулированы генетические принципы наследственности, непрерывно увеличивалось число соединений, выделенных из живых организмов. Была выявлена связующая роль нервной системы. Клод Бернар показал, что гликоген является запасной формой глюкозы в печени и мышцах; он установил также постоянство внутренней среды организма. Была сформулирована теория инфекционной природы болезней и начала систематически развиваться микробиология.

На рубеже столетий Эмиль Фишер выяснил структуру многих углеводов, разработал способы выделения аминокислот из белковых гидролизатов; установив оптические конфигурации углеводов и аминокислот и продемонстрировав специфичность действия ферментов, он положил начало ряду современных биохимических направлений. Введя концепцию «ключа и замка» в ферментативном катализе (гл. 9), Фишер начал изучение взаимосвязи между топографией макромолекул и феноменом жизни. Эти работы Фишера, а также исследования Гардена и Йонга, которые использовали случайное наблюдение братьев Бухнеров, показавших, что бесклеточный дрожжевой экстракт может сбраживать глюкозу с образованием спирта (гл. 14), послужили началом современной биохимии. Термин биохимия был введен Карлом Нейбергом в 1903 г.

С тех пор объем информации увеличивался экспоненциально; одновременно новые сведения позволили глубже понять существо биохимических процессов. Основными движущими силами биохимических исследований в то время были пытливость ума и стремление разрешить философские проблемы. Вместе с тем все ускоряющееся развитие биохимических исследований часто определялось не столько стремлением человека познать самого себя, сколько надеждой, что полученные знания могут быть использованы для усовершенствования сельского хозяйства и улучшения, таким образом, питания животных и человека, а также способство-

I. ПРЕДМЕТ БИОХИМИИ

13

вать лечению болезней. Эти цели были в значительной степени достигнуты.

Биохимические исследования были направлены на решение ряда главных вопросов, каждый из которых продолжает привлекать внимание ученых и в настоящее время. Эти вопросы кратко рассмотрены ниже.

Из каких химических соединений состоят живые существа? Перечень таких соединений является sine qua поп для понимания химических основ жизни. Вместе с тем постоянно открываются все новые соединения — как в ходе исследований, направленных на расшифровку последовательностей реакций метаболизма, начинающихся с хорошо известных химических веществ, так и в результате выделения природных соединений, ответственных за определенные физиологические эффекты. Универсальное распространение многих из этих соединений определяет значительное сходство качественного состава большинства живых организмов; при этом различия между организмами, а также различия между тканями и органами одного и того же организма являются главным образом количественными. Эти количественные различия обычно обусловливают различия в функциях и в относительных скоростях осуществления сходных функций, процессов или реакций.

Как построены макромолекулы, входящие в состав живых организмов? Первые биохимики обнаружили в живых организмах вещества, которые были названы белками, нуклеиновы