Основы биохимии - просто о сложном

Человеческое тело - это сложноорганизованная система, состоящая из клеток, тканей жидкостей, все они составлены из органических веществ. Изучением самих органических веществ и их взаимодействий занимается органическая химия, а если эти вещества находятся в живом организме, то более целенаправленный раздел науки - основы биохимии.

Изучающим основы биохимии предоставляется возможность получить знания о том, из каких элементов состоят клетки человеческого организма. Какие химические реакции происходят в них между всеми этими веществами, как они распределяются, преобразуются, и какие функции выполняют. Эта дисциплина подробнейшим образом может дать ответы на такие, вроде простые, вопросы:
- зачем нам нужны воздух, вода и питательные вещества;
- какие реакции происходят в заболевших клетках, органах и тканях, и чем они отличаются от таковых в здоровых;
- за счёт каких процессов осуществляется мышечное сокращение;
- как по биохимическим маркерам из анализов можно определить патологию
- многие другие.

В основе всех органических соединений на Земле лежит химический элемент углерод (C12). С точки зрения биохимии он предоставляет возможность составлять огромное множество веществ в различных вариациях. Для живых существ, человека в частности, важное значение имеют вещества на основе соединений углерода C, кислорода O, водорода H, азота N.

Человеческий организм строится из основных элементов, изучением которых занимается биологическая химия. Поэтому в этой науке имеется ряд подразделов:

• Основы биохимии белков, являющихся основой жизни. Молекулы, белков строятся из аминокислот по матрицам ДНК в различные конфигурации, выполняющие огромное количество функций. Это использование в качестве строительных элементов, ферментов и прочие.
• Основы биохимии жиров, жирных кислот. Из них строится двойной слой клеточных оболочек (мембран), используются в качестве источника энергии, в синтезе гормонов, жировая прослойка между органов является для них мягкой подушкой, защищающей от повреждений и многое другое.
• Основы биохимии углеводов, основная задача которых - обеспечение клеток энергией. Это далеко не единственная их функция. Рибоза входит в состав ДНК и РНК. Различные полимерные соединения глюкозы имеют важную биологическую значимость.
• Основы биохимии нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Из них строятся цепочки ДНК и РНК, хранящие и использующие всю информацию о строении всего организма в каждой клетке. Помимо этого, отдельно нуклеотиды сами по себе и в соединениях выполняют различные функции.
• Основы биохимии витаминов - жизненно необходимых веществ в малых количествах, которые в обязательном порядке должны поступать в организм с пищей. Выполняют роли коферментов, антиоксидантов и прочие.
• Основы биохимии веществ неживой природы, без которых невозможно нормальное функционирование всех систем организма и сама жизнь. Это минералы и микроэлементы. Некоторые из них необходимы в макроколичествах, такие как кальций, входящий в состав костной ткани и необходимый для ряда других функций, в организме человека его содержится примерно от 1 до 2,2 килограмма.
  Другие необходимы в микро количествах, как например медь, участвующая в процессах кроветворения, обеспечивающая эластичность кровеносных сосудов и выполняющая многие другие функции, её содержание колеблется от 75 до 150 миллиграмм.
• Основы биохимии ферментов, гормонов являющихся производными или комбинациями уже перечисленных веществ, но из-за своей исключительной роли в обмене веществ изучаются отдельными разделами.
• Отдельно стоит выделить воду. Хотя это не органическая молекула, но без воды жизнь невозможна. Как известно, человеческое тело состоит на 80% из воды, потеря её более 10% может закончиться летальным исходом. В пожилом возрасте процент воды в организме падает и является одной из отличительных особенностей старения. Основная функция H2O - являться растворителем веществ. Изучение основ биохимии без неё невозможно в принципе.
• Основы биохимии ксенобиотиков, лекарственных веществ. Из них хоть и не строится наш организм, но они проявляют биологическую активность, влияют на метаболизм в целом и на отдельные биохимические реакции.

Из этих основных веществ состоят наши тела, все они образуют невероятное множество комбинаций при взаимодействии друг с другом, входят в многочисленные каскады биохимических реакций.

Изучением всего этого занимается биохимия на всех уровнях, от изучения специфических и общих биохимических процессов внутри клетки, до регуляционных процессов в системах, органах и организме в целом.

Биохимические процессы в примерах важных научных открытий

Открытие цикла Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот, самого важного биохимического процесса энергообеспечения клеток, позволило определить какие этапы происходят при окислении углеводов, какие вещества образуются, какими ферментами эти процессы регулируются, какое количество молекул АТФ на каждом этапе получается.

Напомним, что АТФ это универсальная молекула, обеспечивающая, в конечном счёте, энергией все биохимические процессы. Наличие в клетках свободного АТФ и нормально функционирующего механизма восстановления этих молекул определяет, насколько клетка может выполнять свои функции.

Также этот процесс называется клеточным дыханием или окислительным фосфорилированием и лежит в основе биохимии энергообеспечения.

Открытие строения хромосом и молекул ДНК, транскрипции генов, позволило изучить биохимические процессы синтеза различных белков из определённого и последовательного набора аминокислот, посредством считывания информации с цепочек ДНК на информационную РНК, которая переносится на рибосомы, где на основе этой матрицы производится собственно синтез.

Генетические механизмы лежат в основе биохимии большинства жизненно важных процессов. Сейчас генетика, как отдельное направление науки, имеет в своём арсенале множество наработок, дальнейшее её развитие в будущем поможет при лечении различных заболеваний и не только наследственных.

Проблемные или перспективные направления в биохимии

Большинство исследований, особенно применения новых лекарственных веществ, проводятся при изучении реакции организма в целом. Результаты анализируются по получившимся симптомам, а так же на основании анализов, т.е. отклонений известных величин биохимии жидкостей и тканей от нормы.

Хотя современные методы исследований и диагностики позволяют получить довольно много информации, но всё же этого оказывается недостаточно. В разрезе предстоящих и будущих открытий исследование выглядит поверхностным.

Многое ещё не изучено, многие процессы не понятны нам, известных основ биохимии не достаточно для прорыва в некоторых направлениях. Но наука не стоит на месте, пополняется всё новыми знаниями.

Например, установлено, что фермент АТФаза, если грубо, представляет собой тяговый двигатель нано размеров с ротором и статором, но каким образом он из молекул фосфора и АДФ синтезирует АТФ до конца не ясно.

Что касается генетического кода, не ясно, какую роль выполняют более 90% участков ДНК, предположить, что это «мусор», накопленный в процессе эволюции, противоречит самой эволюции.

Если это «мусор», то почему он не влияет негативно на нашу жизнедеятельность, ведь незначительные мутации в одном проценте цепи ДНК, через которые кодируются и впоследствии синтезируются белки, приводит к неизлечимым генетическим заболеваниям.

В основах биохимии не до конца изучены метаболические процессы, каким образом регулируется программируемая гибель клеток, как возникают злокачественные опухоли, как повлиять, на какие процессы, чтобы организм не заболел онкологией.

Какую роль играют воспалительные процессы, какое воздействие они могут оказать в долгосрочной перспективе. Существуют не решённые проблемы в иммунологии, при исследованиях процессов регенерации.

И всё же, знания основ биохимии организма, не чужого, а своего собственного, нужны каждому человеку, как минимум для ликвидации безграмотности, чтобы хоть уметь прочитать инструкцию к лекарствам в разделе «фармакодинамика», понять как оно действует, так ли оно необходимо, взвесить все положительные моменты и «побочки», получить возможность подобрать более дешёвый аналог с меньшим вредным воздействием.

Но, конечно же, основы биохимии необходимо знать людям, занимающимся спортом, заботящимся о своём здоровье.