Тема 1. Введение в курс биохимии

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, РАССМАТРИВАЕМЫЕ НА ЛЕКЦИЯХ и лабораторных занятиях

Тема 1. Введение в курс биохимии

План

1. Биохимия, ее предмет, основные части биохимии.

2. Краткая историческая справка о развитии биохимии.

3. Фундаментальныеи прикладные исследования в биохимии спорта.

1-й вопрос

Биологическая химия – это наука о химии жизни, наука о химическом составе живой материи, о химических процессах, протекающих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности.

Биохимия – биологическая наука, которая широко использует физико-химические методы исследования. Биохимия изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, и их превращения.

Объектами изучения биохимии являются микроорганизмы, растения, животные, человек. В зависимости от объектов изучения современная биохимия распадается на разделы: биохимия – животных; растений; микроорганизмов; медицинская; радиационная; космическая; техническая.

Биохимия складывается из трёх частей.

1. Статическая биохимия. Изучает качественный и количественный состав тканей, органов, жидкостей организмов.

Пример: человек весом 70 кг содержит 42 кг воды, 14 кг белков, 10 кг жиров, 3,3 кг нуклеиновых кислот, 0,7 кг углеводов.

Пример: качественный и количественный состав белка гемоглобина (C₇₃₈H₁₁₆₆O₂₀₈N₂₀₃S₂Fe)_4.

2. Динамическая биохимия. Изучает химические реакции, которые протекают в живом организме в процессе жизнедеятельности, изучает обмен веществ с окружающей средой, превращения химических соединений и взаимосвязанные с ними превращения энергии.

Пример: ферментативный гидролиз крахмала. Опыт, позволяющий проследить действие одного фермента – амилазы, ускоряющей гидролиз крахмала (основной углевод пищи).

Опыт: 1-й цилиндр: 0,1% раствор крахмала + 2-3 капли реактива Люголя (I₂ в KI) – получаем синее окрашивание (дает крахмал с йодом).

2-й цилиндр: 0,1% раствор крахмала + раствор слюны человека (ополоснуть рот) + 2-3 капли реактива Люголя – получаем жёлтое окрашивание (или оранжевое, фиолетовое – в зависимости от того, какие декстрины образовались).

Суть опыта: под действием биокатализатора – фермента амилазы - идёт гидролиз полисахарида крахмала на обломки (декстрины) разной длины, которые дают разную окраску с реактивом Люголя. Подобно идёт расщепление крахмала в ротовой полости при пережёвывании пищи.

Динамическая биохимия наиболее молодая ветвь биохимии. Она изучает превращения тех веществ, которые попадают в организм.

3. Функциональная биохимия.

Изучает химические реакции, происходящие в проявлении функций отдельных органов и тканей, а также организма в целом; выясняет связи между строением тех или иных соединений живых клеток и процессами, их видоизменениями; а также выясняет связи между строением специализированных клеток и их функцией.

Деление биохимии на три части – чисто условно. Все они переплетаются друг с другом.

2-й вопрос

Термин «химия» произошел из Египта. «Химия» - провинция в Древнем Египте. Здесь велись работы по мумификации, крашению. В Египте были развиты процессы по нахождению состава мумификации (работы Авиценны).

С 4-го по 16-й век господствовала алхимия – арабская химия. Алхимики искали «философский камень» (всё превращающий в золото), затем «панацею» (жидкость, с помощью которой можно создать человека - гомункулуса) и эликсир здоровья от всех болезней. Позднее (16 – 17 век) развитие получила ятрохимия – медицинская химия (представитель - Парацельс).

С середины 18-го века был заложен фундамент научной химии (основоположник – М.В.Ломоносов, 1711 – 1765 г.). К середине 18 века были открыты некоторые органические вещества (мочевина, лимонная кислота, холестерин и др.).

Виталисты (Берцелиус) считали тогда, что нельзя синтезировать органические вещества, видели во всем сверхъестественное начало. Вёллер, ученик Берцелиуса, доказал в 1828 г., что мочевина – результат превращения веществ в живом организме, ее можно получить из неорганических веществ.

Опыт Вёллера:

t^о

NH₄ – O – C ≡ N NH₂ – C – NH₂

Циановокислый аммоний || мочевина

О

Внутри молекулы при нагревании произошла перегруппировка атомов.

Мочевина – полный амид угольной кислоты. Это конечный продукт обмена белков в организме. За сутки организм человека выделяет около 30 г мочевины (с мочой и потом).

Работы Вёллера по синтезу мочевины нанесли удар по витализму. Наступила эпоха синтеза органических веществ.

Биохимия как наука оформилась во второй половине 19-го века. Она возникла на стыке органической химии и физиологии растений. В 1863 г. в России была создана первая кафедра биохимии в Казанском университете (заведовал А.Я.Данилевский). В 1867 г. был издан в Харькове профессором Ходневым А.М. первый учебник («Учебник физиологической химии»). В 1867 г. прошел первый съезд естествоиспытателей и врачей. В 1891 г. в Петербурге создана первая биохимическая лаборатория (под руководством М.В. Ненцкого). В 1920 г. в Москве создан первый научно-исследовательский институт по биохимии. Сейчас это институт биохимии им. А.Н.Баха, долгое время его возглавлял А.И.Опарин, позже – В.А.Энгельгардт, И.М.Березин, Б.Ф.Поглазов.

Большой вклад внесли в развитие отечественной биохимии ученые: А.Я.Данилевский, А.Н.Бах, В.А.Энгельгардт, М.В.Ненцкий, Н.И.Лунин, М.С.Цвет, И.П.Павлов, Д.Н.Прянишников, А.В.Палладин, А.Н.Белозерский, Д.Л.Фердман, Н.М.Сисакян, Ю.А.Овчинников, А.А.Баев, А.С.Спирин, С.Е.Северин, В.П.Скулачев, Ю.Б.Филиппович.

3-й вопрос

Фундаментальные исследования в биохимии спорта ориентированы на изучение общих закономерностей обмена веществ в процессе спортивной деятельности. Эти исследованияконцентрируются всосновном вокруг следующих проблем:

• механизмы преобразования энергии в организме человека при мышечной деятельности;

• регуляция синтеза белка при физических нагрузках;

• механизмы нервной и гуморальной регуляции обмена веществ при мышечной деятельности;

• закономерности биохимической адаптации к систематической мышечной деятельности.

Прикладные биохимические исследования в спорте тесно связаны с решение научно-методических проблем подготовки спортсменов высокой квалификации. Среди наиболее важных вопросов, решаемыхз в этих исследованиях, необходимо отметить следующие:

• выявление и оценка биохимических факторов, лимитирующих уровень спортивных достижений;

• изучение биохимических сдвигов у спортсменов в процессе тренировочных занятий;

• изучение биохимических характеристик восстановительных процессов после соревновательных и тренировочных нагрузок;

• изучение биохимических основ выностивости, скоростно-силовых качеств спортсмена и методы из развития;

• изучение биохимических характеристик различных видов спорта;

• изучение биохимических особенностей растущего и стареющего организма в процессе занятий физической деятельностью;

• изучение биохимических основ питания спортсмена.

Решение указанных проблем позволит значительно повысить эффективность управления подготовкой спортсменов и добиться более высокого уровня спортивных достижений. В связи с расшифровкой генома человека и с официальным становлением спортивной генетики, биохимия так же получила импульс в своем развитии.