Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 2
Текст из файла (страница 2)
4 — 6 несколько перекомпоновано. В основном изменение состоит в том, что вопрос о механизме действия ферментов перенесен в нонец изложения учения о ферментах, поскольку он в равной мере относится и к матричному биосинтезу и поэтому не должен ему предшествовать. Кроме того, в гл. 6, посвященной вопросу о механизме действия ферментов, введены параграфы о рибозимах и о динамических аспектах ферментативного катализа, поскольку именно эти аспекты становятся горячей точкой современного учения о ферментативном катализе. Гл.
1, посвященная методам исследования биополимеров, существенно расширена за счет изложения экспериментальных подходов и попыткой ознакомить читателя с некоторыми теоретическими Методами анализа структуры и динамики биополимеров. Гл. 8 и 9, посвященные изложению основ биоэнергетики и систем биохимических процессов, в своих основных чертах оставлены без изменений. Хотя эти области биохимии продолжают интенсивно развиваться, фундамент этих областей знания можно считать прочно установившимся, и матерпксч представляющий основную учебную значимость, едва ли требует серьезной корректировки. В гл. !О рассмотрены вопросы регуляции систем биохимических процессов, включая, как уже было сказано, и регуляторные аспекты пространственного разобщения этих процессов.
Аоглори ВВЕДЕНИЕ Биохимия — это наука о веществах, из которых построены живые организмы, и о химических процессах, протекающих в живых организмах. Она является основой для глубокого понимания всего, что происходит на более высоких уровнях организации живой материи и в первую очередь в клетках и живых организмах. Без этого понимания сегодня уже невозможно изучение на современном уровне таких фундаментальных биологических дисциплин, как клеточная биология, физиология, генетика.
Непрерывно, возрастает воздействие биохимии на важнейшие связанные с живой природой сферы человеческой деятельности— здравоохранение, сельское хозяйство, биотехнологическую промышленность, охрану окружающей среды. Поэтому без опоры на биохимические знания сегодня немыслимо полноценное биологическое, медицинское, агрономическое, экологическое образование.
Вместе с тем, по мнению авторов, становится все более очевидной необходимость введения курса биохимии в систему химического образования. Это ваясно как с чисто прагматической точки зрения, так и для формирования более цельного мировоззрения специаяистов-химиков. Направленный синтез биологических веществ — лекарственных препаратов, гербицидов для борьбы с сорняками в сельском хозяйстве, инсектицидов для истребления вредных насекомых, Развитие методов анализа, имеющих диагностическую значимость, изучение природы воздействия токсических веществ на человека и другие живые организмы — все это и многое другое требует понимания механизма взаимодействия химических веществ с биологическими системами, Без этого хпмп сесине исследования имеют в основном эмпирический характер.
В то же время биохимические процессы все в большей мере начинают использоваться для осуществления химических превращений вне живых организмов, и знание возможностей биохимии супсественно обогащает арсенал подходов, с помощью которых химик ьсожет решать стоящие перед ним проблемы. Особенно существенно для химика знание основ биологического катализа как наиболее совершенного класса каталптическпх процессов, принципы которого могут открыть новую страницу в развитии пауки о катализе в целом. Широко обсуждается и в ряде случаев уже реализуется использование сложных биохимических структур в качестве бносенсоров для аналитических целей и в перспективе для развития принципиально новой базы для электроники.
Мировоззренческое значение биохимии для химического образования в первую очередь определяется тем', что системы, с которыми имеют дело биохимики, зто одна из специфических форм протекания химических процессов. Главной отличительной чертой этих систем является высокий уровень их организации. Поэтому знание биохимии дает представление о том, как химические законы проявляются в высокоорганизованных системах. В живой природе встречаются многие тысячи различных химических соединений и пРотекают тыслчи Разнообразных химических пРевРащений.
Многие из них уже достаточно хорошо известны. Часть этих веществ и превращений свойственна всем представителям живой природы, другие встречаются лишь у определенных систематических групп живых организмов. У многоклеточных организмов, в том числе и у человека, многие вещества и превращения характерны для определенных органов или систем — пищеварительной, кровеносной, эндокринной, иммунной и т.д. Полное представление материала, накопленного биохимиками, невозможно не только в рамках учебника, но и в объемистых монографиях. Авторы поставили перед собой задачу, не давая читателю утонуть в чрезмерном количестве деталей, изложить, опираясь на наиболее достоверно установленные и наиболее глубоко осмысленные факты, основные принципы биохимии.
При этом главный упор делается на аспекты, которые в познавательном и методическом плане особенно четко отличают биохимические системы от тех, с которыми имеют дело классические неорганическая и органическая химия и традиционная химия высокомолекулярных соединений. Высокий уровень структурной и функциональной органиэации живой материи в первую очередь обеспечивается участием особых биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. Для каждого индивидуального биополнмера характерен определенный порядок чередования разнотипных мономерных звеньев, образо-' ванных в случае белков двадцатью различными аминокислотами, а в случае нуклеиновых кислот — четырьмя различными нуклеотидами. Это создает основу неисчерпаемого многообразия таких биополимеров.
Кроме того, полимерные цепи обеих групп биополимеров содержат большое число простых связей, н поэтому каждый индивидуальный биополимер может существовать в виде неисчислимого множества конформеров. Однако в результате многочисленных нековалентиых взаимодействий, в которых участвуют как фрагменты остова полимера, так и различные боковые радикалы, в условиях существования живых организмов предпочтительным оказывается ограниченное число конформаций. Поэтому каждый биополимер обладает не только уникальной последовательностью чередования мономерных звеньев, но и уникальной пространственной структурой или небольшим набором таких структур. Фундаментальную роль в пространственной организации отдельных клеток и живых организмов и в протекании биохимических процессов играет способность молекул белков и нуклеиновых кислот к опознаванию строго определенных партнеров, которая выражается в резко преимущественном образовании комплексов именно с этими партнерами.
Возможность высокоспецифнчного образования комплексов обеспечивается наличием у биополимера набора функциональных групп, предназначенных для взаимодействия с адекватным набором групп в узнаваемой молекуле. Пространственная структура биополимера обеспечивает взаимное расположение этих функциональных групп, оптимальное для такого взаимодействия. Как формирование биополимерами уникальной пространственной структуры, так и способность их к высокоспецифичному образованию комплексов с определенными биополимерами или молекулами низкомолекулярных соединений (лигандами) обусловлены нековалентными взаимодействиями — ван-дер-ваальсовымн, электростатическими, образованием водородных связей Важная, во многом определяющая роль относительно слабых нековалентных взаимодействий в сис- 9 темах, изучаемых биохимией, намного превосходяшая нх роль в формировании низкомолекулярных соединений и в протекании нх превращений в растворах и в твердых телах, — отличительная черта организации и функционирования живой материи.
Большое число биологических событий начинается со взаимодействия определенного белка со специфичным к нему лигандом, которое служит сигналом для некоторого последуюшего действия. Само действие связано с изменением в воспринимающем сигнал биополимере, которое чаще всего представляет собой изменение пространственной структуры белка, т.е. его конформации. Поэтому важную роль в функционировании живых систем играет способность биополимеров к направленному изменению конформации (направленным конформационным переходам). Биохимия является в основном экспериментальной наукой. Она опирается на арсенал методов, созданных неорганической, органической, аналитической и физической химией.
Однако многие из задач, с которыми сталкиваются биохимики, вследствие специфики изучаемых объектов требуют нетрадиционных подходов. В первую очередь это касается изучения биополимеров. Например, химический синтез белков представляет собой повторение десятки или даже сотни раз реакции образования пептидной связи с целью последовательного присоединения на каждой стадии к растушей полимерной цепи определенного аминокнслотного остатка. Образование пептидных связей прекрасно отработано н с точки зрения классической органической химии не представляет ни трудности, ни интереса. Но необходимость проводить последовательно множество таких превращений без существенного уменьшения выхода, без повреждения уже созданной на предыдущих этапах синтеза полннептидной цепи ставит свои специфические проблемы, которые решаются оригинальными, разработанными именно для таких задач приемами.
Венцом этих приемов является автоматический твердофазный синтез полипептидов. Столь же но традиционно выглядит задача установления химического строения биополимеров. Структуры отдельных мономерных звеньев как белков, так и нуклеиновых кислот давно установлены с использованием классических методов органической химии, и задача сводится к тому, чтобы для каждого конкретного биополимера определить, в каком порядке в иаучаемой полимерной цепи располагаются разнотипные мономерные звенья. Биохимия не только использует в своих целях методы, созданные в рамках других химических дисциплин, но и вооружает химию новыми методами, основанными на применении бнополимеров как инструмента химического исследования. Ферменты часто позволяют с уникальной, недоступной обычным химическим приемам избирательностью провести анализ сложных реакционных смесей, осуществить химические превращения в мягких условиях, избегая побочных реакций и побочных продуктов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
