Что такое биологическая химия. Что такое биохимия? Как происходит подготовка к биохимическому анализу

В этой статье мы ответим на вопрос, что такое биохимия. Здесь мы рассмотрим определение этой науки, ее историю и методы исследования, уделим внимание некоторым процессам и определим ее разделы.

Введение

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое биохимия, достаточно сказать, что это наука, посвященная химическому составу и процессам, протекающим внутри живой клетки организма. Однако она имеет множество составляющих, узнав которые, можно более конкретизировано составить представление о ней.

В некоторых временных эпизодах XIX века терминологическая единица «биохимия» стала впервые использоваться. Однако была введена в научные круги лишь в 1903 году химиком из Германии - Карлом Нейбергом. Эта наука занимает промежуточную позицию между биологией и химией.

Исторические факты

Ответить на вопрос четко, что такое биохимия, человечество смогло лишь около ста лет назад. Несмотря на то что общество использовало биохимические процессы и реакции еще в далекой древности, оно не подозревало о наличии их истинной сути.

Одними из самых отдаленных примеров может служить изготовление хлеба, виноделие, сыроварение и т. д. Ряд вопросов о целебных свойствах растений, проблем со здоровьем и т. п. заставил человека вникнуть в их основу и природу деятельности.

Развитие общего набора направлений, которые в конечном итоге привели к созданию биохимии, наблюдается уже в древних временах. Ученый-врач из Персии в десятом веке написал книгу о канонах врачебной науки, где смог подробно изложить описание различных лекарственных веществ. В XVII веке ван Гельмонт предложил термин «фермента» как единицы реагента химической природы, участвующей в пищеварительных процессах.

В XVIII веке, благодаря работам А.Л. Лавуазье и М.В. Ломоносова, был выведен закон сохранения массы вещества. В конце того же века было определено значение кислорода в процессе дыхания.

В 1827 году наука позволила создать разделение молекул биологической природы на соединения жиров, белков и углеводов. Этими терминами пользуются до сих пор. Годом позже в работе Ф. Велера было доказано, что вещества живых систем могут синтезироваться искусственными способами. Еще одним важным событием было изготовление и составление теории строения органических соединений.

Основы биохимии формировались многие сотни лет, но приняли четкое определение в 1903 году. Эта наука стала первой дисциплиной из разряда биологических, которая обладала собственной системой математических анализов.

Спустя 25 лет, в 1928 году, Ф. Гриффит провел эксперимент, целью которого было исследование механизма трансформации. Ученый заражал мышей пневмококками. Он убивал бактерии одного штамма и добавлял их к бактериям другого. Исследование показало, что процесс очистки болезнетворных агентов привел к образованию нуклеиновой кислоты, а не белка. Перечень открытий пополняется и в настоящее время.

Наличие смежных дисциплин

Биохимия - это отдельная наука, однако ее созданию предшествовал активный процесс развития органического раздела химии. Главное отличие заключается в объектах исследования. В биохимии рассматриваются только те вещества или процессы, которые могут протекать в условиях живых организмов, а не за их пределами.

В конечном итоге биохимия включила понятие молекулярной биологии. Отличаются они между собой преимущественно методами действий и предметам, которые они изучают. В настоящее время терминологические единицы «биохимия» и «молекулярная биология» стали использоваться в качестве синонимов.

Наличие разделов

На сегодняшний день биохимия включает в себя ряд исследовательских направлений, среди которых:

Раздел статической биохимии - наука о химическом составе живых существ, структур и молекулярном разнообразии, функций и т. д.

Существует ряд разделов, изучающий биологические полимеры белковых, липидных, углеводных, аминокислотных молекул, а также нуклеиновые кислоты и сам нуклеотид.

Биохимия, изучающая витамины, их роль и форму воздействия на организм, возможные нарушения в процессах жизнедеятельности при нехватке или чрезмерном количестве.

Гормональная биохимия - наука, изучающая гормоны, их биологический эффект, причины недостатка или переизбытка.

Наука об обмене веществ и его механизмах - динамический раздел биохимии (включает в себя биоэнергетику).

Исследования молекулярной биологии.

Функциональная составляющая биохимии изучает явление химических превращений, отвечающих за функциональность всех компонентов организма, начиная с тканей, а заканчивая всем телом.

Медицинская биохимия - раздел о закономерностях обмена веществ между структурами организма под влиянием заболеваний.

Также существуют ответвления биохимии микроорганизмов, человека, животных, растений, крови, тканей и т. д.

Средства исследования и решения проблем

Методы биохимии основываются на фракционировании, анализе, детальном изучении и рассмотрении структуры как отдельного компонента, так и целого организма или его вещества. Большинство из них формировались в течение XX века, а самую широкую известность получила хроматография - процесс центрифугирования и электрофорез.

В конце XX века биохимические методы начали все чаще и чаще находить свое применение в молекулярных и клеточных разделах биологии. Была определена структура всего генома человеческой ДНК. Это открытие дало возможность узнать о существовании огромного ряда веществ, в частности различных белков, которые не обнаруживались при очистке биомассы, в связи с их чрезвычайно малым содержанием в веществе.

Геномика поставила под сомнение огромное количество биохимических знаний и обусловила развитие изменений в ее методологии. Появилось понятие компьютерного виртуального моделирования.

Химическая составляющая

Физиология и биохимия тесно связаны между собой. Это объясняется зависимостью нормы протекания всех физиологических процессов с содержанием различного ряда химических элементов.

В природе можно встретить 90 компонентов периодической таблицы химических элементов, но для жизни необходимо около четверти. Во многих редких компонентах наш организм вовсе не нуждается.

Различное положение таксона в иерархической таблице живых существ обуславливает разную потребность в наличии тех или иных элементов.

99 % человеческой массы состоит из шести элементов (С, Н, N, O, F, Ca). Помимо основного количества данных видов атомов, образующих вещества, нам необходимы еще 19 элементов, но в малых или микроскопических объемах. Среди них имеются: Zn, Ni, Ma, K, Cl, Na и другие.

Биомолекула белка

Главные молекулы, изучением которых занимается биохимия, относятся к углеводам, белкам, липидам, нуклеиновым кислотам, а также внимание этой науки сосредоточенно на их гибридах.

Белки - соединения, обладающие крупными размерами. Они образуются посредством связывания цепочек из мономеров - аминокислот. Большая часть живых существ получает белки при помощи синтеза двадцати видов этих соединений.

Эти мономеры отличаются между собой структурой радикальной группы, которая играет огромную роль в ходе свертывания белка. Цель этого процесса заключается в образовании трехмерной структуры. Соединяются между собой аминокислоты при помощи образования пептидных связей.

Отвечая на вопрос о том, что такое биохимия, нельзя не упомянуть такие сложные и многофункциональные биологические макромолекулы, как белки. Они имеют больше задач, чем полисахариды или нуклеиновые кислоты, которые необходимо выполнить.

Некоторые белки представлены ферментами и занимаются катализом различных реакции биохимической природы, что очень важно для обмена веществ. Другие белковые молекулы могут выполнять роль сигнальных механизмов, образовывать цитоскелеты, участвовать в иммунной защите и т. д.

Некоторые виды белков способны образовывать небелковые биомолекулярные комплексы. Вещества, созданные путем слияния белков с олигосахаридами, позволяют существовать таким молекулам, как гликопротеины, а взаимодействие с липидами приводит к появлению липопротеинов.

Молекула нуклеиновой кислоты

Нуклеиновые кислоты представлены комплексами макромолекул, состоящих из полинуклеотидного набора цепочек. Их главное функциональное предназначение заключается в кодировке наследственной информации. Синтез нуклеиновый кислоты происходит благодаря наличию мононуклеозидтрифосфатных макроэнергетических молекул (АТФ, ТТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).

Самые широко распространенные представители таких кислот - это ДНК и РНК. Эти структурные элементы находятся в составе каждой живой клетки, от археи, до эукариотов, и даже в вирусах.

Молекула липида

Липиды - это молекулярные вещества, составленные глицерином, к которым посредством сложно-эфирных связей прикрепляются жирные кислоты (от 1 до 3). Такие вещества делят на группы в соответствие с длиной углеводородной цепочки, а также обращают внимание на насыщенность. Биохимия воды не позволяет ей растворять в себе соединения липидов (жиров). Как правило, такие вещества растворяются в полярных растворах.

Основные задачи липидов заключаются в обеспечении энергией организма. Некоторые входят в состав гормонов, могут выполнять сигнальную функцию или переносить липофильные молекулы.

Молекула углевода

Углеводы - это биополимеры, образованные путем соединения мономеров, которые в данном случае представлены моносахаридами, такими как, например, глюкоза или фруктоза. Изучение биохимии растений позволило человеку определить, что основная часть углеводов содержится именно в них.

Свое применение эти биополимеры находят в структурной функции и предоставлении энергетических ресурсов организму или клетке. У растительных организмов главным запасающим веществом служит крахмал, а у животных - гликоген.

Течение цикла Кребса

Существует в биохимии цикл Кребса - явление, в ходе которого преобладающее количество эукариотических организмов получают большую часть энергии, расходуемой на процессы окисления поглощаемой пищи.

Наблюдать его можно внутри клеточных митохондрий. Образуется посредством нескольких реакций, в ходе которых высвобождаются запасы «спрятанной» энергии.

В биохимии цикл Кребса - это важный фрагмент общего дыхательного процесса и вещественного обмена внутри клеток. Цикл был открыт и изучен Х. Кребсом. За это ученый получил Нобелевскую премию.

Данный процесс также называют системой для переноса электронов. Это связано с сопутствующим переходом АТФ в АДФ. Первое соединение, в свою очередь, занимается обеспечением метаболических реакций при помощи выделения энергии.

Биохимия и медицина

Биохимия медицины представлена нам в виде науки, охватывающей множество областей биологических и химических процессов. В настоящее время существует целая отрасль в образовании, которая готовит специалистов для данных исследований.

Здесь изучают все живое: от бактерии или вируса до человеческого организма. Наличие специальности биохимика дает субъекту возможность следить за постановкой диагноза и анализировать лечение, применимое к индивидуальной единице, делать выводы и т. д.

Чтобы подготовить высококвалифицированного эксперта в этой области, нужно обучить его естественным наукам, медицинским основам и биотехнологическим дисциплинам, проводят множество тестов по биохимии. Также студенту дают возможность практически применять свои знания.

вузы биохимии в настоящее время приобретают все большую популярность, что обуславливается быстрым развитием этой науки, ее важностью для человека, востребованностью и т. д.

Среди самых известных учебных заведений, где готовят специалистов этой отрасли науки, самые популярные и значимые: МГУ им. Ломоносова, ПГПУ им. Белинского, МГУ им. Огарева, Казанский и Красноярский государственные университеты и другие.

Перечень документов, необходимых для поступления в подобные вузы не отличается от списка для зачисления в другие высшие учебные заведения. Биология и химия являются основными предметами, которые необходимо сдавать при поступлении.

БИОХИМИЯ. Лекция № 1. Биохимия как наука. Структура и функции основных веществ в организме. Предмет и методы исследований в биохимии. Обзор основных классов органических веществ, их роль в гомеостазе.

Биохимия (от греч. βίος - «жизнь» и егип. kēme - «Земля», также биологическая или физиологическая химия) - наука о химическом составе организмов и их составных частей и о химических процессах, протекающих в организмах. Наука имеет дело со структурой и функцией веществ, являющихся компонентами клеток и входящих в состав организма, таких как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Биохимия стремится отвечать на биологические и биохимические вопросы с помощью химических методов.

Биохимия – сравнительно молодая наука, возникшая на стыке биологии и химии в конце 19 века. Она изучает процессы развития и функционирования организмов на языке молекул, структуру и химические процессы, которые обеспечивают жизнь одно- и многоклеточных существ, населяющих Землю. Выдающиеся открытия в области учения о ферментах, биохимической генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики превратили биохимию в фундаментальную дисциплину, позволяющую решать многие важные проблемы биологии и медицины.

Хотя существует широкий ряд различных биомолекул, многие из них являются полимерами, т.е. сложными большими молекулами, состоящими из многих подобных субъединиц, мономеров. Каждый класс полимерных биомолекул имеет собственный набор типов этих субъединиц. Например, белки являются полимерами, состоящими из аминокислот. Биохимия изучает химические свойства важных биологических молекул, таких как белки, в частности химию реакций, катализируемых ферментами.

Кроме того, большая часть исследований по биохимии имеет дело с метаболизмом клетки и его эндокринной и паракринной регуляцией. Другие области биохимии включают исследование генетического кода ДНК и РНК, биосинтез белков, транспорта через биологические мембраны и передачу сигналов.

Основы биохимии были заложены в середине 19-го века, когда такие ученые как Фридрих Вьолер и Ансельм Паен сумели впервые описать химические процессы в живых организмах и показать, что они не отличаются от обычных химических процессов. Многие работы в начале 20-го века привели к пониманию структуры белков, стало возможным проведение биохимических реакций (спиртового брожения) за пределами клетки и т. д. В тоже время начал применяться и сам термин «биохимия». Основы биохимии в Украине заложил Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах прошлого столетия.

История

К началу 19 века существовала общая уверенность, что жизнь не подлежит физическим и химическим законам, присущим неживой природе. Считалось, что только живые организмы способны производить молекулы, характерные для них. Лишь в 1828 году Фридрих Велер опубликовал работу о синтезе мочевины, осуществленный в лабораторных условиях, доказав, что органические соединения могут быть созданы искусственно. Это открытие нанесло серьезное поражение ученым-виталистам, отрицавшим такую возможность.

К тому времени уже существовал фактический материал для первичных биохимических обобщений, который накапливался в связи с практической деятельностью людей, направленной на изготовление еды и вина, получения пряжи из растений, очистку кожи от шерсти с помощью микробов, на изучение состава и свойств мочи и других выделений здорового и больного человека. После работ Велера постепенно начали устанавливаться такие научные понятия, как дыхание, брожение, ферментация, фотосинтез. Изучение химического состава и свойств соединений, выделенных из животных и растений, становится предметом органической химии (химии органических соединений).

Рождение биохимии также ознаменовалося открытием первого фермента, диастаза (сейчас известного как амилаза) в 1833 году Ансельмом Паеном. Трудности, связанные с получением ферментов из тканей и клеток, использовались сторонниками витализма для утверждения о невозможности изучения клеточных ферментов вне живых существ. Это утверждение было опровергнуто русским врачом М. Манассеиной (1871 - 1872), которая предложила возможность наблюдать спиртовое брожение в экстрактах растертых (т.е. лишенных структурной целостности) дрожжей. В 1896 году эта возможность была подтверждена немецким ученым Эдуардом Бухнером, сумевшим экспериментально воссоздать этот процесс.

Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, однако, считается, широкого использования он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберг в 1903 году. К тому времени эта область исследований была известна как физиологическая химия. После этого времени биохимия быстро развивалась, особенно начиная с середины 20 века, прежде всего благодаря разработке новых методов, таких как хроматография, рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, использование радиоизотопной метки, электронная и оптическая микроскопия и, наконец, молекулярная динамика и другие методы вычислительной биологии. Эти методы позволили открыть и провести детальный анализ многих молекул и метаболических путей клетки, таких как гликолиз и цикл Кребса.

Другим важным историческим событием в развитии биохимии стало открытие генов и их роли в передаче информации в клетке. Это открытие заложило возможность возникновения на только генетики, но и ее междисциплинар отрасли на стыке с биохимией - молекулярной биологии. В 1950-х годах Джеймс Ватсон, Фрэнсис Крик, Розалинда Франклин и Морис Уилкинс сумели расшифровать структуру ДНК и предположили ее связь с генетической передачей информации в клетке. Также в 1950-х годах Джордж Отлей и Эдвард Татум доказали, что один ген отвечает за синтез одного белка. С разработкой методов анализа ДНК, таких как генетический фингерпринтинг, в 1988 году Колин Питчфорк стал первым человеком, обвиненной в убийстве с помощью свидетельства на основе ДНК, что стало первым крупным успехом биохимической судмедэкспертизы. В 200-х годах Андрю Файр и Крег Мелло показали роль РНК-интерференции (RNAi), в подавлении экспрессии генов.

Сейчас биохимические исследования протекают в трех направлениях, сформулированных Майклом Шугар. Биохимия растений исследует биохимию преимущественно автотрофных организмов и исследует такие процессы как фотосинтез и другие. Общая биохимия включает исследование как растений, так и животных и человека, тогда как медицинская биохимия фокусируется преимущественно на биохимии человека и отклонениях биохимических процессов от нормы, в частности в результате болезней.

Биохимия крови – один из самых распространенных и информативных анализов, которые назначают врачи при диагностике большинства заболеваний. Видя его результаты, можно судить о состоянии работы всех систем организма. Практически каждое заболевание находит отражение в показателях биохимического анализа крови.

Что необходимо знать

Забор крови осуществляется из вены на локтевом изгибе, реже из вен на кисти и
предплечье.

В шприц набирают около 5-10 мл крови.

Позже кровь на биохимию в специальной пробирке помещают в специализированный прибор, который обладает способностью определять необходимые показатели с высокой точностью. Следует иметь в виду, что различные приборы могут иметь несколько отличающиеся границы нормы у определенных показателей. Результаты будут готовы при экспресс-методе в течение дня.

Как готовиться

Биохимическое исследование проводят утром натощак.

Перед сдачей крови необходимо воздержаться от употребления алкоголя в течение суток.
Последний прием пищи должен быть накануне вечером, не позднее 18.00. За два часа до сдачи не курить. Также исключить интенсивные физические нагрузки и, по возможности, стрессы. Подготовка к анализу – ответственный процесс.

Что входит в состав биохимии

Различают базовую и расширенную биохимию. Нецелесообразно определять все показатели, которые только возможно. Само собой разумеется, что возрастает цена и количество необходимой крови для анализа. Есть некий условный список базовых показателей, которые назначаются практически всегда, а есть много дополнительных. Их назначает врач в зависимости от клинической симптоматики и цели исследования.

Анализ делается с помощью биохимического анализатора, в который помещают пробирки с кровью

Базовые показатели:

Общий белок.
Билирубин (прямой и непрямой).
Глюкоза.
АЛТ и АСТ.
Креатинин.
Мочевина.
Электролиты.
Холестерин.

Дополнительные показатели:

Альбумин.
Амилаза.
Щелочная фосфотаза.
ГГТП.
Триглицериды.
С-реактивный белок.
Ревматоидный фактор.
Креатининфосфокиназа.
Миоглобин.
Железо.

Список неполный, существует еще много узконаправленных показателей для диагностики обмена веществ и нарушений функций внутренних органов. Теперь рассмотрим некоторые наиболее распространенные биохимические показатели крови подробнее.

Общий белок (65-85 грамм/литр)

Отображает общее количество белка в плазме крови (как альбумина, так и глобулина).
Может быть повышен при дегидратации, вследствие потери воды при многократной рвоте, при интенсивном потоотделении, кишечной непроходимости и перитоните. Также повышается при миеломной болезни, полиартритах.

Понижается данный показатель при длительном голодании и недоедании, заболеваниях желудка и кишечника, когда нарушено поступление белка. При заболеваниях печени нарушается его синтез. Также нарушен синтез белка при некоторых наследственных заболеваниях.

Альбумин (40-50 грамм/литр)

Одна из фракций белка плазмы. При снижении альбумина развиваются отеки, вплоть до анасарки. Связано это с тем, что альбумин связывает воду. При его значительном снижении вода не держится в кровяном русле и выходит в ткани.
Альбумин снижен при тех же состояниях, что и общий белок.

Общий билирубин (5-21мкмоль/литр)

Общий билирубин включает прямой и непрямой.

Все причины повышения общего билирубина можно разделить на несколько групп.
Внепеченочные – различные анемии, обширные кровоизлияния, то есть состояния, сопровождающиеся разрушением красных кровяных клеток.

Печеночные причины связаны с деструкцией гепатоцитов (клеток печени) при онкологии, гепатите, циррозе печени.

Нарушение оттока желчи вследствие обтурации желчных протоков камнями или опухолью.

При повышенном билирубине развивается желтуха, кожа и слизистые приобретают желтушный оттенок

Норма прямого билирубина до 7.9 мкмоль/литр. Непрямой билирубин определяется разницей между общим и прямым. Чаще всего его повышение связано с распадом эритроцитов.

Креатинин (80-115 мкмоль/литр)

Один из основных показателей, характеризующий функцию почек.

Данный показатель повышается при острых и хронических заболеваниях почек. Также при повышенном разрушении мышечных тканей, например, при рабдомиолизе после сверх интенсивной физической нагрузки. Может быть повышен при заболевании эндокринных желез (гиперфункция щитовидной железы, акромегалия). Если человек употребляет в пищу большое количества мясных продуктов, повышенный креатинин также гарантирован.

Креатинин ниже нормы особого диагностического значения не имеет. Может быть снижен у вегетарианцев, у беременных в первой половине беременности.

Мочевина (2.1-8.2 ммоль/литр)

Показывает состояние белкового обмена. Характеризует работу почек и печени. Увеличение мочевины в крови может быть при нарушении функции почек, когда они не справляются с ее выведением из организма. Также при усиленном распаде белков или повышенном поступлением белка в организм с пищей.

Снижение мочевины в крови наблюдается в третьем триместре беременности, при низкобелковой диете и тяжелых заболеваниях печени.

Трансаминазы (АЛТ, АСТ, ГГТ)

Аспартатаминотрансфераза (АСТ) – фермент, синтезируемый в печени. В плазме крови его содержание не должно в норме превышать 37Ед/литр у мужчин и 31Ед/литр у женщин.

Аланинаминотрансфераза (АЛТ) – также, как и АСТ фермент, синтезируется в печени.
Норма в крови у мужчин – до 45 ед/литр, у женщин – до 34 Ед/литр.

Кроме печени, большое количество трансаминаз находится в клетках сердца, селезенки, почек, поджелудочной железы, в мышцах. Повышение его уровня связано с разрушением клеток и выходом данного фермента в кровь. Таким образом, повышение АЛТ и АСТ возможно при патологии всех выше названных органов, сопровождающейся гибелью клеток (гепатит, инфаркт миокарда, панкреатит, некроз почки и селезенки).

Гамма-Глутамилтрансфераза (ГГТ) участвует в обмене аминокислот в печени. Ее содержание в крови повышается при токсических поражениях печени, в том числе, алкоголем. Также повышен уровень при патологии желчевыводящих путей и печени. Всегда повышается при хроническом алкоголизме.

Норма данного показателя – до 32 Ед/литре для мужчин, до 49 Ед/литре для женщин.
Низкий показатель ГГТ, как правило, определяется при циррозе печени.

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) (120-240 ед/литр)

Данный фермент содержится во всех тканях организма и участвует в энергетических процессах окисления глюкозы и молочной кислоты.

Повышен при заболеваниях печени (гепатит, цирроз), сердца (инфаркт), легких (инфаркт-пневмония), почек (различные нефриты), поджелудочной железы (панкреатит).
Снижение активности ЛДГ ниже нормы диагностически незначимо.

Амилаза (3.3-8.9)

Альфа-амилаза (α-амилаза) участвует в обмене углеводов, расщепляя сложные сахара до простых.

Повышают активность фермента острый гепатит, панкреатит, паротит. Также могут влиять некоторые лекарства (глюкокортикойды, тетрациклин).
Понижена активность амилазы при дисфункции поджелудочной железы и токсикозе беременных.

Панкреатическая амилаза (п-амилаза) синтезируется в поджелудочной железе и поступает в просвет кишечника, где излишки почти полностью растворяются трипсином. В норме лишь незначительное количество попадает в кровь, где показатель в норме у взрослых – не более 50 ед/литр.

Активность ее повышена при остром панкреатите. Может быть повышена и при приеме алкоголя и некоторых медикаментов, а также при хирургической патологии, осложненной перитонитом. Снижение амилазы – неблагоприятный признак утраты поджелудочной железой своей функции.

Общий холестерол (3,6-5.2 ммоль/л)

С одной стороны, важный компонент всех клеток и составная часть многих ферментов. А с другой, он играет важную роль в развитии системного атеросклероза.

Общий холестерол включает в себя липопротеиды высокой, низкой и очень низкой плотности. Повышен холестерин при атеросклерозе, нарушении функций печени, щитовидной железы, при ожирении.

Атеросклеротическая бляшка в сосуде – последствие повышенного холестерина

Понижен холестерин при диете, исключающей жиры, при гиперфункции щитовидной железы, при инфекционных заболеваниях и сепсисе.

Глюкоза (4.1-5.9 ммоль/литр)

Важный показатель состояния углеводного обмена и состояния поджелудочной железы.
Повышенная глюкоза может быть после приема пищи, поэтому анализ берется строго натощак. Также повышается при приеме некоторых препаратов (глюкокортикостеройдов, гормонов щитовидной железы), при патологии поджелудочной железы. Постоянно повышенный сахар в крови – главный диагностический критерий сахарного диабета.
Пониженный сахар может быть при острой инфекции, голодании, передозировке сахароснижающих препаратов.

Электролиты (K, Na, Cl, Mg)

Электролиты играют важную роль в системе транспорта веществ и энергии в клетку и обратно. Особенно важно это для правильной работы сердечной мышцы.

Изменение как в сторону увеличения концентрации, так и в сторону уменьшения ведет к нарушениям сердечного ритма, вплоть до остановки сердца

Нормы электролитов:

Калий (К+) – 3.5-5.1 ммоль/литр.
Натрий (Na+) – 139-155 ммоль/литр.
Кальций (Сa++) – 1.17-1.29 ммоль/литр.
Хлор (Cl-) – 98-107 ммоль/литр.
Магний (Mg++) – 0.66-1.07 ммоль/литр.

Изменение электролитного баланса связано с алиментарными причинами (нарушение поступления в организм), нарушением функций почек, гормональными заболеваниями. Также выраженные электролитные нарушения могут быть при диарее, неукротимой рвоте, гипертермии.

За три дня до того, как сдавать кровь на биохимию с определением магния, необходимо не принимать его препараты.

Кроме этого существует большое количество показателей биохимии, которые назначаются индивидуально при конкретных заболеваниях. Перед сдачей крови ваш лечащий врач определит, какие конкретно из показателей берут в вашей ситуации. Процедурная медсестра выполнит забор крови, а врач-лаборант предоставит расшифровку анализа. Показатели нормы приведены для взрослого человека. У детей и стариков они могут несколько отличаться.

Как видите, биохимический анализ крови – очень большой помощник в диагностике, но сопоставить результаты с клинической картиной может только врач.

Биохимия – это целая наука которая изучает, во-первых, химический состав клеток и организмов, а во-вторых, химические процессы, которые лежат в основе их жизнедеятельности. Термин был введён в научную среду в 1903 году химиком из Германии по имени Карл Нойберг.

Однако сами процессы биохимии были известны ещё с давних времён. И на основе этих процессов люди пекли хлеб и варили сыр, делали вино и выделывали кожи животных, лечили болезни при помощи трав, а потом и лекарственных средств. И в основе всего этого лежат именно биохимические процессы.

Так, например, не зная ничего о самой науке, арабский учёный и врач Авиценна, который жил в 10 веке, описал многие лекарственные вещества и их влияние на организм. А Леонардо да Винчи сделал вывод – живой организм способен жить только в той атмосфере, в которой способно гореть пламя.

Как и любая другая наука, биохимия применяет свои собственные методы исследования и изучения. И самые важные из них – это хроматография, центрифугирование и электрофорез.

Биохимия сегодня- это наука, которая сделала большой скачок в своём развитии. Так, например, стало известно, что из всех химических элементов на земле в теле человека присутствует чуть больше четверти. И большинство редких элементов, кроме йода и селена, совершенно не нужны человеку для того, чтобы поддерживать жизнь. А вот такие два распространённых элемента, как алюминий и титан в организме человека пока найдены не были. Да и найти их просто невозможно – для жизни они не нужны. И среди всех них только 6 – это те, что необходимы человеку ежедневно и именно из них состоит наш организм на 99%. Это углерод, водород, азот, кислород, кальций и фосфор.

Биохимия – это наука, которая изучает такие важные составляющие продуктов, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Сегодня об этих веществах мы знаем практически всё.

Некоторые путают две науки – биохимию и органическую химию. Но биохимия – это наука, которая изучает биологические процессы, которые протекают только в живом организме. А вот органическая химия – это наука, которая изучает те или иные соединения углерода, а это и спирты, и эфиры, и альдегиды и многие-многие другие соединения.

Биохимия – это ещё и наука, в состав которой входит цитология, то есть изучение живой клетки, её строение, функционирование, размножение, старение и смерть. Нередко этот раздел биохимии называют молекулярной биологией.

Однако молекулярная биология, как правило, работает с нуклеиновыми кислотами, а вот биохимикам больше интересны белки и ферменты, которые запускают те или иные биохимические реакции.

Сегодня биохимия всё чаще и чаще применяет разработки генной инженерии и биотехнологий. Однако сами по себе – это тоже разные науки, которые изучают каждый своё. Например, биотехнология изучает методы клонирования клеток, а генная инженерия пытается найти способы того, как заменить больной ген в организме человека на здоровый и тем самым избежать развития многих наследственных заболеваний.

И все эти науки тесно связаны между собой, что помогает им развиваться и работать на благо человечества.

Биохимия - это наука, занимающаяся изучением различных молекул, химических реакций и процессов, протекающих в живых клетках и организмах. Основательное знание биохимии совершенно необходимо для успешного развития двух главных направлений биомедицинских наук: 1) решение проблем сохранения здоровья человека; 2) выяснение причин различных болезней и изыскание путей их эффективного лечения.

БИОХИМИЯ И ЗДОРОВЬЕ

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяет здоровье как состояние «полного физического, духовного и социального благополучия, которое не сводится к простому отсутствию болезней и недомоганий». Со строго биохимической точки зрения организм можно считать здоровым, если многие тысячи реакций, протекающих внутри клеток и во внеклеточной среде, идут в таких условиях и с такими скоростями, которые обеспечивают максимальную жизнеспособность организма и поддерживают физиологически нормальное (не патологическое) состояние.

БИОХИМИЯ, ПИТАНИЕ, ПРОФИЛАКТИКА И ЛЕЧЕНИЕ

Одной из главных предпосылок сохранения здоровья является оптимальная диета, содержащая ряд химических веществ; главными из них являются витамины, некоторые аминокислоты, некоторые жирные кислоты, различные минеральные вещества и вода. Все эти вещества представляют тот или иной интерес как для биохимии, так и для науки о рациональном питании. Следовательно, между этими двумя науками существует тесная связь. Кроме того, можно полагать, что на фоне усилий, прилагаемых к тому, чтобы сдержать рост цен на медицинское обслуживание, все большее внимание будет уделяться сохранению здоровья и предупреждению болезней, т.е. профилактической медицине. Так, например, для предупреждения атеросклероза и рака со временем, вероятно, все большее значение будет придаваться рациональному питанию. В то же время концепция рационального питания должна основываться на знании биохимии.

БИОХИМИЯ И БОЛЕЗНИ

Все болезни представляют собой проявление каких-то изменений в свойствах молекул и нарушений хода химических реакций и процессов. Основные факторы, приводящие к развитию болезней у животных и человека, приведены в табл. 1.1. Все они оказывают влияние на одну или несколько ключевых химических реакций или на структуру и свойства функционально важных молекул.

Вклад биохимических исследований в диагностику и лечение заболеваний сводится к следующему.

Таблица 1.1. Основные факторы, приводящие к развитию болезней. Все они оказывают влияние на различные биохимические процессы, протекающие в клетке или целом организме

1. Физические факторы: механическая травма, экстремальная температура, резкие изменения атмосферного давления, радиация, электрический шок

2. Химические агенты и лекарственные препараты: некоторые токсические соединения, терапевтические препараты и т.д.

4. Кислородное голодание: потеря крови, нарушение кислородпереносящей функции, отравление окислительных ферментов

5. Генетические факторы: врожденные, молекулярные

6. Иммунологические реакции: анафилаксия, аутоиммунные заболевания

7. Нарушения пищевого баланса: недостаточное питание, избыточное питание

Благодаря этим исследованиям можно 1) выявить причину болезни; 2) предложить рациональный и эффективный путь лечения; 3) разработать методики для массового обследования населения с целью ранней диагностики; 4) следить за ходом болезни; 5) контролировать эффективность лечения. В Приложении описаны наиболее важные биохимические анализы, используемые для диагностики различных заболеваний. К этому Приложению будет полезно обращаться всякий раз, когда будет идти речь о биохимической диагностике различных болезней (например, инфаркта миокарда, острого панкреатита и др.).

Возможности биохимии в отношении предупреждения и лечения болезней кратко проиллюстрированы на трех примерах; позднее в этой же главе мы рассмотрим еще несколько примеров.

1. Хорошо известно, что для поддержания своего здоровья человек должен получать определенные сложные органические соединения - витамины. В организме витамины превращаются в более сложные молекулы (коферменты), которые играют ключевую роль во многих протекающих в клетках реакциях. Недостаток в диете какого-либо из витаминов может привести к развитию различных заболеваний, например цинги при недостатке витамина С или рахита при недостатке витамина D. Выяснение ключевой роли витаминов или их биологически активных производных стало одной из главных задач, которые решали биохимики и диетологи с начала нынешнего столетия.

2. Патологическое состояние, известное под названием фенилкетонурия (ФКУ), в отсутствие лечения может привести к тяжелой форме умственной отсталости. Биохимическая природа ФКУ известна уже около 30 лет: заболевание обусловлено недостатком или полным отсутствием активности фермента, который катализирует превращение аминокислоты фенилаланина в другую аминокислоту, тирозин. Недостаточная активность этого фермента приводит к тому, что в тканях накапливается избыток фенилаланина и некоторых его метаболитов, в частности кетонов, что неблагоприятно сказывается на развитии центральной нервной системы. После того как были выяснены биохимические основы ФКУ, удалось найти рациональный способ лечения: больным детям назначают диету с пониженным содержанием фенилаланина. Массовое обследование новорожденных на ФКУ позволяет в случае надобности начать лечение незамедлительно.

3. Кистозный фиброз - наследуемая болезнь экзокринных, и в частности потовых, желез. Причина болезни неизвестна. Кистозный фиброз является одной из наиболее распространенных генетических болезней в Северной Америке. Он характеризуется аномально вязкими секретами, которые закупоривают секреторные протоки поджелудочной железы и бронхиолы. Страдающие этой болезнью чаще всего погибают в раннем возрасте от легочной инфекции. Поскольку молекулярная основа болезни неизвестна, возможно только симптоматическое лечение. Впрочем, можно надеяться, что в недалеком будущем с помощью технологии рекомбинантных ДНК удастся выяснить молекулярную природу заболевания, что позволит найти более эффективный способ лечения.

ФОРМАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОХИМИИ

Биохимия, как следует из названия (от греческого bios-жизнь), - это химия жизни, или, более строго, наука о химических основах процессов жизнедеятельности.

Структурной единицей живых систем является клетка, поэтому можно дать и другое определение: биохимия как наука изучает химические компоненты живых клеток, а также реакции и процессы, в которых они участвуют. Согласно этому определению, биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию.

ЗАДАЧИ БИОХИМИИ

Главная задача биохимии состоит в том, чтобы достичь полного понимания на молекулярном уровне природы всех химических процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток.

Для решения этой задачи необходимо выделить из клеток многочисленные соединения, которые там находятся, определить их структуру и установить их функции. В качестве примера можно указать на многочисленные исследования, направленные на выяснение молекулярных основ мышечного сокращения и ряда сходных процессов. В результате были выделены в очищенном виде многие соединения различной степени сложности и проведены детальные структурно-функциональные исследования. В итоге удалось выяснить ряд аспектов молекулярных основ мышечного сокращения.

Еще одна задача биохимии заключается в выяснении вопроса о происхождении жизни. Наши представления об этом захватывающем процессе далеки от исчерпывающих.

ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сфера биохимии столь же широка, как и сама жизнь. Всюду, где существует жизнь, протекают различные химические процессы. Биохимия занимается изучением химических реакций, протекающих в микроорганизмах, растениях, насекомых, рыбах, птицах, низших и высших млекопитающих, и в частности в организме человека. Для студентов, изучающих биомедицинские науки, особый интерес представляют

два последних раздела. Однако было бы недальновидно совсем не иметь представления о биохимических особенностях некоторых других форм жизни: нередко эти особенности существенны для понимания разного рода ситуаций, имеющих прямое отношение к человеку.

БИОХИМИЯ И МЕДИЦИНА

Между биохимией и медициной имеется широкая двусторонняя связь. Благодаря биохимическим исследованиям удалось ответить на многие вопросы, связанные с развитием заболеваний, а изучение причин и хода развития некоторых заболеваний привело к созданию новых областей биохимии.

Биохимические исследования, направленные на выявление причин заболеваний

В дополнение к указанным выше мы приведем еще четыре примера, иллюстрирующих широту диапазона возможных применений биохимии. 1. Анализ механизма действия токсина, продуцируемого возбудителем холеры, позволил выяснить важные моменты в отношении клинических симптомов болезни (диарея, обезвоживание). 2. У многих африканских растений содержание одной или нескольких незаменимых аминокислот весьма незначительно. Выявление этого факта позволило понять, почему те люди, для которых именно эти растения являются основным источником белка, страдают от белковой недостаточности. 3. Обнаружено, что у комаров - переносчиков возбудителей малярии - могут формироваться биохимические системы, наделяющие их невосприимчивостью к инсектицидам; это важно учитывать при разработке мер по борьбе с малярией. 4. Гренландские эскимосы в больших количествах потребляют рыбий жир, богатый некоторыми полиненасыщенными жирными кислотами; в то же время известно, что для них характерно пониженное содержание холестерола в крови, и поэтому у них гораздо реже развивается атеросклероз. Эти наблюдения навели на мысль о возможности применения полиненасыщенных жирных кислот для снижения содержания холестерола в плазме крови.

Изучение болезней способствует развитию биохимии

Наблюдения английского врача сэра Арчибальда Гаррода еще в начале 1900-х гг. за небольшой группой пациентов, страдавших врожденными нарушениями метаболизма, стимулировали исследование биохимических путей, нарушение которых происходит при такого рода состояниях. Попытки понять природу генетического заболевания под названием семейная гиперхолестеролемия, приводящего к развитию тяжелого атеросклероза в раннем возрасте, способствовали быстрому накоплению сведений о клеточных рецепторах и о механизмах поглощения холестерола клетками. Интенсивное изучение онкогенов в раковых клетках привлекло внимание к молекулярным механизмам контроля роста клеток.

Изучение низших организмов и вирусов

Ценная информация, которая оказалась весьма полезной для проведения биохимических исследований в клинике, была получена при изучении некоторых низших организмов и вирусов. Например, современные теории регуляции активности генов и ферментов сформировались на базе пионерских исследований, выполненных на плесневых грибах и на бактериях. Технология рекомбинантных ДНК зародилась в ходе исследований, проведенных на бактериях и бактериальных вирусах. Главным достоинством бактерий и вирусов как объектов биохимических исследований является высокая скорость их размножения; это существенно облегчает проведение генетического анализа и генетических манипуляций. Сведения, полученные при изучении вирусных генов, ответственных за развитие некоторых форм рака у животных (вирусных онкогенов), позволили лучше понять механизм трансформации нормальных клеток человека в раковые.

БИОХИМИЯ И ДРУГИЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Биохимия нуклеиновых кислот лежит в самой основе генетики; в свою очередь использование генетических подходов оказалось плодотворным для многих областей биохимии. Физиология, наука о функционировании организма, очень сильно перекрывается с биохимией. В иммунологии находит применение большое число биохимических методов, и в свою очередь многие иммунологические подходы широко используются биохимиками. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии; метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате соответствующих ферментативных реакций. Яды влияют на биохимические реакции или процессы; эти вопросы составляют предмет токсикологии. Как мы уже говорили, в основе разных видов патологии лежит нарушение ряда химических процессов. Это обусловливает все более широкое использование биохимических подходов для изучения различных видов патологии (например, воспалительные процессы, повреждения клеток и рак). Многие из тех, кто занимается зоологией и ботаникой, широко используют в своей работе биохимические подходы. Эти взаимосвязи не удивительны, поскольку, как мы знаем, жизнь во всех своих проявлениях зависит от разнообразных биохимических реакций и процессов. Барьеры, существовавшие ранее между биологическими науками, фактически разрушены, и биохимия все в большей степени становится их общим языком.