К концу позапрошлого столетия относится открытие Н.И.Луниным витаминов (1880), Д.И. Ивановским - вирусов (1892)

Лекция 9. Биоэтика и деонтология медицинской биохимии.

1. Основные этапы развития биохимии (кратко)

betweendigital

Можно выделить основные этапы развития биохимической науки:

· 1. «Протобиохимия». Концепции процессов жизнедеятельности и их природы, развиваемые в древности, античности, в период средневековья. Концепции жизнедеятельности в Эпоху Возрождения, привлечение их для описания и объяснения химических процессов.

· 2. Экспериментальное изучение процессов жизнедеятельности в 17-18 вв. Первые химические теории и объяснения процессов дыхания, пищеварения, брожения.

· 3. «Новая химия» и изучение методами химии живых организмов и процесс жизнедеятельности. Первый кризис методологии в области взаимодействия химии и биологии.

· 4. Формирование биологической химии в рамках редукционистских программ биологии второй половины 19 века.

· 5. Развитие классической биологической химии.

· 6. Прогресс биохимии и революция в биологии во второй половине 20 века - формирование физико-химической биологии. Методологические, эмпирические и теоретические основы этого процесса. Интегрирующая роль физико-химической биологии в системе биологических наук.

Протобиохимия

Изучение живой материи с химической стороны началось с того момента, когда возникла необходимость исследования составных частей живых организмов и совершающихся в них химических процессов в связи с запросами практической медицины и сельского хозяйства. Исследования средневековых алхимиков привели к накоплению большого фактического материала по природным органическим соединениям. В 16-17 вв. воззрения алхимиков получили развитие в трудах ятрохимиков, считавших, что жизнедеятельность организма человека можно правильно понять лишь с позиций химии. Так, один из виднейших представителей ятрохимии - немецкий врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс выдвинул прогрессивное положение о необходимости тесной связи химии с медициной, подчёркивая при этом, что задача алхимии не в изготовлении золота и серебра, а в создании того, что является силой и добродетелью медицины. Ятрохимики ввели в медицинскую практику препараты ртути, сурьмы, железа и других элементов. Позже И. Ван-Гельмонт высказал предположение о наличии в «соках» живого тела особых начал, так называемых «ферментов», участвующих в разнообразных химических превращениях.

_____________________________________________________________________________________

История развития биохимии (более подробно)

Как самостоятельная наука биохимия сформировалась около ста лет назад, однако биохимическими процессами люди пользовались и во времена глубокой древности, не зная, естественно, их теоретической сущности. Представляется возможным в истории развития биохимических знаний и биохимии как науки выделить четыре периода.

Й период - с древних времен до эпохи Возрождения (XV в.).

В самые отдаленные времена люди уже знали технологию таких производств, основанных на биохимических процессах, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, дубление кож. Необходимость лечения болезней заставляла задумываться о превращениях веществ в организме, о причинах целебных свойств лекарственных растений. Использование растений в пищевых целях, для изготовления красок, тканей, дубителей также наталкивало на попытки понять свойства отдельных веществ растительного происхождения,

Талантливый ученый X столетия Авиценна (Ибн-Сина) в своей знаменитой книге, многократно переиздававшейся вплоть до наших дней, - «Канон врачебной науки» - подробно описал многие лекарственные вещества, отведя им целый раздел книги.

Берестяные грамоты XI в., найденные при раскопках Новгорода, свидетельствуют, что в то время на Руси была хорошо развита технология пивоварения, виноделия, хлебопечения. Наши предки уже тогда знали много достаточно сложных рецептов красок и чернил из растений. До сих пор поражает богатством и свежестью красок знаменитый памятник славянской культуры -- рукописное Остромирово Евангелие (XI в.).

Й период в развитии биохимии, существующей еще как раздел физиологии, характеризуется усилением накопления биохимических знаний. Этот период ведет отсчет от начала эпохи Возрождения и заканчивается во второй половине XIX в., когда биохимия становится самостоятельной наукой.

Эпоха Возрождения характеризуется некоторым ослаблением церковного гнета в науке, освобождением естествознания от пут средневекового религиозного мракобесия. Гений того времени, автор многих шедевров искусства, архитектор, инженер, анатом Леонардо да Винчи, интересовавшийся также процессами, в основе которых лежат биохимические реакции, провел интересные опыты и на основании их результатов сделал важный для тех лет вывод, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.

Для XVI - XVII вв. характерно возникновение и развитие иатрохимии (от греч. иатрос - врач). Сторонники этого направления утверждали, что жизнедеятельность человека, причины его заболеваний можно понять только с точки зрения химии, и лечение многих болезней следует осуществлять путем применения прежде всего химических средств. Один из основоположников иатрохимии, немецкий врач и физиолог Парацельс (1492--1541) писал, что задача алхимии не в изготовлении золота, а в создании того, что является силой медицины.

Восемнадцатый век, ознаменованный гениальными трудами М.В.Ломоносова, характеризуется мощным и всесторонним развитием наук в России. Открытие М.В. Ломоносовым закона сохранения массы веществ заложило основы материалистического понимания природы и ее явлений, послужило началом новой эры в химии, биологии и других науках - эры точных количественных измерений. Известно, что М.В. Ломоносов - основоположник химической науки в России. Ее становление отразилось и на развитии химии растений. Замечательную мысль высказал М.В.Ломоносов во «Введении в истинную физическую химию» (1752): «...хотя органы животных и растений весьма тонки, однако они состоят из более мелких частичек, и именно из неорганических.., потому что при химических операциях разрушается их организованное строение». Эта блестящая материалистическая трактовка строения живых организмов уже в те годы не оставляла места для особой «жизненной силы», для витализма. В работе «Слово о явлениях воздушных» (1753) М.В. Ломоносов впервые в науке высказал важные мысли о «воздушном питании» растений, т.е. о фотосинтезе. В его трудах неоднократно говорится о значении химии для медицины; им дано описание ряда биохимических соединений - жиров, эфирных масел, смол.

На основе открытого М.В. Ломоносовым закона сохранения массы веществ и накопившихся к концу XVIII в. экспериментальных исследований французский ученый А. Лавуазье количественно исследовал и объяснил сущность дыхания, указав на роль кислорода в этом процессе. Немецкий химик Ю. Либих в 30-40 годы XIX в. успешно развил методы количественного химического анализа и применил их к исследованию биологических систем.

Мощным толчком к развитию органической химии и биохимии явилась созданная великим русским химиком А.М. Бутлеровым теория строения органических соединений (1861). В те годы некоторые ученые (например, известный химик-органик Ш. Вюрц) считали, что познать строение органических веществ принципиально невозможно и что существующие их формулы являются лишь условными символами строения.

А.М. Бутлеров в своей теории утверждал, что атомы и молекулы существуют в определенных реальных взаимоотношениях, количественных и пространственных, которые и выражаются формулами. Он указывал также, что химические свойства веществ обусловлены их строением. Материалистическая теория А.М. Бутлерова -- революционная для своего времени, надолго определила пути развития органической химии и биохимии.

А.М. Бутлеров сделал и другой ценный вклад в биохимию: он впервые синтезировал лабораторным путем сахар. Виталисты утверждали, что органические соединения могут образовываться только в живом организме под влиянием непознаваемых жизненных сил. Синтез сахара А.М. Бутлеровым и мочевины немецким химиком Ф. Вёлером опроверг лженаучные утверждения виталистов.

В 50-х годах прошлого столетия известный французский физиолог К. Бернар выделил из печени гликоген и показал, что он превращается в глюкозу, поступающую в кровоток. В 1868 г. Ф. Мишер в лаборатории немецкого физиолога и биохимика Ф. Гоппе-Зейлера открыл ДНК. Однако по достоинству это открытие и, главное, само вещество были оценены лишь почти 100 лет спустя.

III период в истории биохимии, начинающийся со второй половины XIX в., ознаменован выделением биохимии как самостоятельной науки из физиологии. Это связано с резким увеличением интенсивности и глубины биохимических исследований, объема получаемой информации, возросшим прикладным значением - использованием биохимии в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. К этому времени относятся работы одного из основоположников отечественной биохимии А.Я. Данилевского (1838-1923). Исследуя строение белков, он сформулировал ряд положений, которые в дальнейшем легли в основу полипептидной теории структуры белков. А.Я. Данилевским впервые высказана идея об обратимости действия ферментов и на основании этого осуществлен ферментативный синтез белковоподобных веществ (пластеины). Он разработал оригинальную методику разделения и очистки ферментов путем адсорбции и элюции (десорбция), которую широко используют и в наши дни. А.Я. Данилевский возглавил в Казанском университете первую в России кафедру биохимии и создал первую русскую школу биохимиков.

Большие заслуги в развитии отечественной биохимии принадлежат М.В. Ненцкому (1847-1901). В 1891 г. он создал первую в России биохимическую лабораторию при Институте экспериментальной медицины в Петербурге. Им был выполнен ряд выдающихся исследований: совместно с сотрудниками впервые были установлены основные этапы биосинтеза мочевины, также впервые подробно исследовано строение гемоглобина и сделано сопоставление в эволюционном плане со структурой хлорофилла. Поражает широта диапазона научных интересов М.В. Неицкого, к уже перечисленному можно добавить -- синтез салола, изучение обмена белков, исследование некоторых аспектов этиологии туберкулеза.

К концу позапрошлого столетия относится открытие Н.И.Луниным витаминов (1880), Д.И. Ивановским - вирусов (1892).

На рубеже XIX и XX вв. работал крупнейший немецкий химик-органик и биохимик Э.Фишер (1852--1919). Его исследования составили целую эпоху в развитии биохимии. Им были сформулированы основные положения полипептидной теории белков, начало которой дали исследования А.Я.Данилевского. Э.Фишер установил структуру, предложил формулы и исследовал свойства почти всех аминокислот, входящих в состав белков. Им было проведено подробное и обширное изучение строения и ферментативных превращений углеводов, особенно моносахаридов.

К этому же времени относятся исследования великого русского физиолога растений К.А. Тимирязева (1843--1920), в трудах которого затрагиваются многие биохимические вопросы фотосинтеза и минерального питания растений. Еще в 1868 г. на I съезде русских естествоиспытателей 25-летний Тимирязев сделал сообщение о превращении неорганических веществ зелеными листьями растений в органические под влиянием солнечной энергии. Это было лишь начало его фундаментальных работ по фотосинтезу, завоевавших затем мировое признание.

В конце прошлого столетия начал свои исследования и другой великий русский ученый -- А.Н. Бах, ставший впоследствии основателем советской биохимической школы. С самого начала своей научной деятельности Бах направил внимание на одну из узловых проблем биохимии - дыхание. Его не удовлетворяла идея о полной аналогии между дыханием и горением, высказанная А. Лавуазье. Созданная А.Н. Бахом на основании глубоких исследований перекисная теория объяснила механизм участия кислорода воздуха в реакциях дыхания. Она не потеряла своего значения и в наше время, выяснение роли оксигеназ, пероксидаз и каталазы в процессе биологического окисления все больше привлекает внимание биохимиков.

Многое сделано Бахом в области энзимологии, им заложены основы учения о физиологической роли ферментов. Исследования Баха способствовали развитию технической биохимии в нашей стране. После Октябрьской революции Бах организует ряд крупных биохимических институтов: Биохимический институт Наркомздрава, Институт биохимии АН СССР и др. Образованная акад. Бахом, его учениками и сотрудниками советская школа биохимиков получила всеобщее признание и поныне занимает достойное место в мировой науке. Среди непосредственных сотрудников Баха особого внимания заслуживает А.И. Опарин - создатель широко известной и признанной теории происхождения жизни.

Ряд замечательных русских ученых:

В.И. Палладин показал, что дыхание представляет собой систему ферментативных процессов, установил роль кислорода воды и реакций дегидрогенизации - отщепления водорода - при дыхании;

С.П. Костычев исследовал химизм спиртового брожения и анаэробной фазы дыхания, нашел общность между ними;

Д.Н. Прянишников заложил основы учения об азотном обмене растений, раскрыл роль аммиака и аспарагина в этом процессе, создал основы советской агрохимии.

В первой трети XX в. акад. В.С. Гулевичем (МГУ) были открыты и исследованы карнозин и ансерин - азотистые экстрактивные вещества мышц. В.С. Гулевич -- один из основателей сравнительно-эволюционной биохимии в нашей стране, им создана крупная биохимическая школа.

Начало XX столетия характеризуется рядом фундаментальных исследований в области химии и за рубежом. В 1905 г. А. Гарден и В. Ионг выделили первый кофермент спиртового брожения -- «козимазу», называемый в наше время НАД (никотинамидадениндинуклеотид). В этом же году Ф. Кнооп открыл и исследовал -окисление жирных кислот. К 20-30 прошлого столетия годам относятся блестящие работы немецкого биохимика О. Варбурга по выделению и изучению дыхательных ферментов (цитохромоксидаза, флавиновые дегидрогеназы и др.), выделению пиридиновых нуклеотидов, изучению их структуры и функции. В это же время Д. Самнер и Д. Нортроп (США) впервые выделили ферменты в виде белковых кристаллов, совершив тем самым революцию в энзимологии. В 1933 г. Г.Кребс подробно изучил орнитиновый цикл образования мочевины, а 1937 г. датируется открытие им же цикла трикарбоновых кислот, который является биохимической основой аэробного расщепления углеводов.