Cos'è la chimica biologica. Cos'è la biochimica? Come prepararsi per l'analisi biochimica

In questo articolo risponderemo alla domanda su cosa sia la biochimica. Qui esamineremo la definizione di questa scienza, la sua storia e i metodi di ricerca, presteremo attenzione ad alcuni processi e ne definiremo le sezioni.

introduzione

Per rispondere alla domanda su cosa sia la biochimica, basti dire che è una scienza dedicata alla composizione chimica e ai processi che si verificano all'interno di una cellula vivente del corpo. Tuttavia, ha molti componenti e, dopo aver appreso quali, puoi farti un'idea più specifica.

In alcuni episodi temporanei del XIX secolo si cominciò ad utilizzare per la prima volta l'unità terminologica “biochimica”. Tuttavia, fu introdotto negli ambienti scientifici solo nel 1903 da un chimico tedesco, Carl Neuberg. Questa scienza occupa una posizione intermedia tra la biologia e la chimica.

Fatti storici

L'umanità è stata in grado di rispondere chiaramente alla domanda su cosa sia la biochimica solo circa cento anni fa. Nonostante il fatto che la società nei tempi antichi utilizzasse processi e reazioni biochimici, non era consapevole della presenza della loro vera essenza.

Alcuni degli esempi più distanti sono la panificazione, la vinificazione, la produzione del formaggio, ecc. Una serie di domande sulle proprietà curative delle piante, problemi di salute, ecc. hanno costretto una persona ad approfondire le basi e la natura dell'attività.

Lo sviluppo di un insieme generale di direzioni che alla fine portarono alla creazione della biochimica può essere osservato già nei tempi antichi. Uno scienziato-medico persiano nel X secolo scrisse un libro sui canoni della scienza medica, dove riuscì a descrivere in dettaglio varie sostanze medicinali. Nel XVII secolo, van Helmont propose il termine "enzima" come unità di reagente natura chimica coinvolti nei processi digestivi.

Nel XVIII secolo, grazie alle opere di A.L. Lavoisier e M.V. Lomonosov, fu derivata la legge di conservazione della massa della materia. Alla fine dello stesso secolo fu determinata l'importanza dell'ossigeno nel processo di respirazione.

Nel 1827 la scienza permise di creare la divisione delle molecole biologiche in composti di grassi, proteine e carboidrati. Questi termini sono usati ancora oggi. Un anno dopo, nel lavoro di F. Wöhler, fu dimostrato che le sostanze nei sistemi viventi possono essere sintetizzate con mezzi artificiali. Ancora uno Evento importante fu la produzione e compilazione di una teoria della struttura dei composti organici.

I fondamenti della biochimica impiegarono molte centinaia di anni per formarsi, ma furono chiaramente definiti nel 1903. Questa scienza divenne la prima disciplina biologica ad avere un proprio sistema di analisi matematica.

25 anni dopo, nel 1928, F. Griffith condusse un esperimento il cui scopo era studiare il meccanismo di trasformazione. Lo scienziato ha infettato i topi con pneumococchi. Ha ucciso i batteri di un ceppo e li ha aggiunti ai batteri di un altro. Lo studio ha scoperto che il processo di purificazione degli agenti patogeni ha portato alla formazione di acido nucleico anziché di proteine. L’elenco delle scoperte è ancora in crescita.

Disponibilità di discipline affini

La biochimica è una scienza separata, ma la sua creazione è stata preceduta da un processo attivo di sviluppo del ramo organico della chimica. La differenza principale sta negli oggetti di studio. La biochimica considera solo quelle sostanze o processi che possono verificarsi nelle condizioni degli organismi viventi e non al di fuori di essi.

La biochimica alla fine incorporò il concetto di biologia molecolare. Differiscono tra loro principalmente nei metodi di azione e nelle materie che studiano. Attualmente le unità terminologiche “biochimica” e “ biologia molecolare" cominciarono ad essere usati come sinonimi.

Disponibilità di sezioni

Oggi la biochimica comprende una serie di aree di ricerca, tra cui:

Il ramo della biochimica statica è la scienza della composizione chimica degli esseri viventi, delle strutture e della diversità molecolare, delle funzioni, ecc.

Esistono numerose sezioni che studiano i polimeri biologici di proteine, lipidi, carboidrati, molecole di aminoacidi, nonché acidi nucleici e il nucleotide stesso.

Biochimica, che studia le vitamine, il loro ruolo e forma di influenza sull'organismo, possibili disturbi nei processi vitali dovuti a carenze o quantità eccessive.

La biochimica ormonale è una scienza che studia gli ormoni, il loro effetto biologico, le cause di carenza o di eccesso.

La scienza del metabolismo e dei suoi meccanismi è una branca dinamica della biochimica (include la bioenergetica).

Ricerca sulla biologia molecolare.

La componente funzionale della biochimica studia il fenomeno delle trasformazioni chimiche responsabili della funzionalità di tutti i componenti del corpo, a partire dai tessuti e finendo con l'intero corpo.

La biochimica medica è una sezione sugli schemi del metabolismo tra le strutture del corpo sotto l'influenza di malattie.

Esistono anche rami della biochimica di microrganismi, esseri umani, animali, piante, sangue, tessuti, ecc.

Strumenti di ricerca e risoluzione dei problemi

I metodi biochimici si basano sul frazionamento, sull'analisi, sullo studio dettagliato e sull'esame della struttura sia di un singolo componente che dell'intero organismo o della sua sostanza. La maggior parte di essi si è formata nel corso del XX secolo e la cromatografia, il processo di centrifugazione ed elettroforesi, è diventata la più conosciuta.

Alla fine del XX secolo, i metodi biochimici iniziarono a trovare sempre più applicazione nei rami della biologia molecolare e cellulare. La struttura dell'intero genoma è stata determinata DNA umano. Questa scoperta ha permesso di conoscere l'esistenza di un gran numero di sostanze, in particolare diverse proteine, che non venivano rilevate durante la purificazione della biomassa, a causa del loro contenuto estremamente basso nella sostanza.

La genomica ha messo in discussione un’enorme quantità di conoscenze biochimiche e ha portato allo sviluppo di cambiamenti nella sua metodologia. È apparso il concetto di modellazione virtuale del computer.

Componente chimico

Fisiologia e biochimica sono strettamente correlate. Ciò è spiegato dalla dipendenza del tasso di occorrenza di tutti i processi fisiologici dal contenuto di una serie diversa elementi chimici.

In natura si possono trovare 90 componenti tavola periodica elementi chimici, ma circa un quarto è necessario per la vita. Il nostro corpo non ha bisogno di molti componenti rari.

Le diverse posizioni di un taxon nella tavola gerarchica degli esseri viventi determinano diverse esigenze di presenza di determinati elementi.

Il 99% della massa umana è composta da sei elementi (C, H, N, O, F, Ca). Oltre alla quantità principale di questi tipi di atomi che formano le sostanze, abbiamo bisogno di altri 19 elementi, ma in volumi piccoli o microscopici. Tra questi ci sono: Zn, Ni, Ma, K, Cl, Na e altri.

Biomolecola proteica

Le principali molecole studiate dalla biochimica sono i carboidrati, le proteine, i lipidi, gli acidi nucleici e l'attenzione di questa scienza è focalizzata sui loro ibridi.

Le proteine sono composti di grandi dimensioni. Sono formati collegando catene di monomeri - amminoacidi. La maggior parte degli esseri viventi ottiene le proteine attraverso la sintesi di venti tipi di questi composti.

Questi monomeri differiscono tra loro nella struttura del gruppo radicale, che svolge un ruolo enorme durante il ripiegamento delle proteine. Lo scopo di questo processo è quello di formare una struttura tridimensionale. Gli amminoacidi sono collegati tra loro formando legami peptidici.

Quando si risponde alla domanda su cosa sia la biochimica, non si può non menzionare macromolecole biologiche complesse e multifunzionali come le proteine. Hanno più compiti da svolgere rispetto ai polisaccaridi o agli acidi nucleici.

Alcune proteine sono rappresentate da enzimi e sono coinvolte nella catalizzazione di varie reazioni di natura biochimica, che sono molto importanti per il metabolismo. Altro molecole proteiche possono agire come meccanismi di segnalazione, formare citoscheletri, partecipare alla difesa immunitaria, ecc.

Alcuni tipi di proteine sono in grado di formare complessi biomolecolari non proteici. Le sostanze create fondendo proteine con oligosaccaridi consentono l'esistenza di molecole come le glicoproteine e l'interazione con i lipidi porta alla comparsa di lipoproteine.

Molecola di acido nucleico

Gli acidi nucleici sono rappresentati da complessi di macromolecole costituiti da un insieme di catene polinucleotidiche. Il loro scopo funzionale principale è codificare le informazioni ereditarie. La sintesi dell'acido nucleico avviene a causa della presenza di molecole macroenergetiche mononucleosidiche trifosfato (ATP, TTP, UTP, GTP, CTP).

I rappresentanti più molto diffusi di tali acidi sono il DNA e l'RNA. Questi elementi strutturali si trovano in ogni cellula vivente, dagli archaea agli eucarioti e persino nei virus.

Molecola lipidica

I lipidi sono sostanze molecolari composte da glicerolo, a cui sono attaccati gli acidi grassi (da 1 a 3) tramite legami estere. Tali sostanze sono divise in gruppi in base alla lunghezza della catena idrocarburica e viene prestata attenzione anche alla saturazione. La biochimica dell'acqua non le consente di dissolvere i composti lipidici (grassi). Di norma, tali sostanze si dissolvono in soluzioni polari.

I compiti principali dei lipidi sono fornire energia al corpo. Alcuni fanno parte degli ormoni, possono svolgere una funzione di segnalazione o trasportare molecole lipofile.

molecola di carboidrati

I carboidrati sono biopolimeri formati combinando monomeri che in questo caso sono rappresentati da monosaccaridi, come, ad esempio, glucosio o fruttosio. Lo studio della biochimica delle piante ha permesso all'uomo di determinare che la maggior parte dei carboidrati sono contenuti in esse.

Questi biopolimeri trovano il loro utilizzo nella funzione strutturale e nel fornire risorse energetiche a un organismo o cellula. Negli organismi vegetali la principale sostanza di deposito è l'amido e negli animali è il glicogeno.

Il corso del ciclo di Krebs

Esiste un ciclo di Krebs in biochimica, un fenomeno durante il quale il numero predominante di organismi eucarioti riceve la maggior parte dell'energia spesa nei processi di ossidazione del cibo ingerito.

Può essere osservato all'interno dei mitocondri cellulari. Si forma attraverso diverse reazioni, durante le quali vengono liberate riserve di energia “nascosta”.

In biochimica, il ciclo di Krebs è un frammento importante del processo respiratorio generale e del metabolismo materiale all'interno delle cellule. Il ciclo è stato scoperto e studiato da H. Krebs. Per questo, lo scienziato ha ricevuto il premio Nobel.

Questo processo è anche chiamato sistema di trasferimento di elettroni. Ciò è dovuto alla concomitante conversione di ATP in ADP. Il primo composto, a sua volta, ha il compito di garantire le reazioni metaboliche attraverso il rilascio di energia.

Biochimica e medicina

La biochimica della medicina ci viene presentata come una scienza che copre molte aree dei processi biologici e chimici. Attualmente esiste un intero settore dell’istruzione che forma specialisti per questi studi.

Qui si studia ogni essere vivente: dai batteri o virus al corpo umano. Avere una specializzazione come biochimico dà al soggetto l'opportunità di seguire la diagnosi e analizzare il trattamento applicabile alla singola unità, trarre conclusioni, ecc.

Per preparare un esperto altamente qualificato in questo campo è necessario formarlo nelle scienze naturali, basi mediche e discipline biotecnologiche, conducono numerosi test di biochimica. Allo studente viene inoltre data l'opportunità di applicare praticamente le proprie conoscenze.

Le università di biochimica stanno attualmente diventando sempre più popolari, a causa del rapido sviluppo di questa scienza, della sua importanza per l'uomo, della domanda, ecc.

Tra le istituzioni educative più famose in cui vengono formati specialisti in questo ramo della scienza, le più popolari e significative sono: l'Università statale di Mosca. Lomonosov, da cui prende il nome l'Università pedagogica statale di Perm. Belinsky, Università statale di Mosca. Ogarev, Kazan e Krasnoyarsk università statali e altri.

L'elenco dei documenti richiesti per l'ammissione a tali università non differisce dall'elenco per l'ammissione ad altri istituti di istruzione superiore. istituti scolastici. Biologia e chimica sono le materie principali che devono essere affrontate al momento dell'ammissione.

BIOCHIMICA. Lezione n. 1. La biochimica come scienza. Struttura e funzioni delle principali sostanze dell'organismo. Oggetto e metodi della ricerca in biochimica. Richiami sulle principali classi di sostanze organiche, loro ruolo nell'omeostasi.

La biochimica (dal greco βίος - "vita" e dall'egiziano kēme - "Terra", anche chimica biologica o fisiologica) è la scienza della composizione chimica degli organismi e dei loro componenti e dei processi chimici che si verificano negli organismi. La scienza si occupa della struttura e della funzione delle sostanze che fanno parte delle cellule e compongono l'organismo, come proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici e altre biomolecole. La biochimica cerca di rispondere a domande biologiche e biochimiche utilizzando metodi chimici.

La biochimica è una scienza relativamente giovane nata all'intersezione tra biologia e chimica alla fine del XIX secolo. Studia i processi di sviluppo e funzionamento degli organismi nel linguaggio delle molecole, la struttura e i processi chimici che assicurano la vita delle creature uni e multicellulari che abitano la Terra. Eccezionali scoperte nel campo degli enzimi, della genetica biochimica, della biologia molecolare e della bioenergetica hanno trasformato la biochimica in una disciplina fondamentale che consente di risolvere molti importanti problemi della biologia e della medicina.

Sebbene esista un’ampia gamma di biomolecole diverse, molte di esse sono polimeri, ad es. grandi molecole complesse costituite da molte subunità simili, monomeri. Ogni classe di biomolecole polimeriche ha il proprio insieme di tipi di queste subunità. Ad esempio, le proteine sono polimeri costituiti da amminoacidi. Studi di biochimica Proprietà chimiche importanti molecole biologiche come le proteine, in particolare la chimica delle reazioni catalizzate da enzimi.

Inoltre, la maggior parte della ricerca in biochimica riguarda il metabolismo cellulare e la sua regolazione endocrina e paracrina. Altre aree della biochimica includono lo studio del codice genetico del DNA e dell'RNA, la biosintesi delle proteine, il trasporto attraverso le membrane biologiche e la trasduzione del segnale.

Le basi della biochimica furono gettate a metà del XIX secolo, quando scienziati come Friedrich Violer e Anselm Paen furono in grado di descrivere per la prima volta i processi chimici negli organismi viventi e dimostrare che non sono diversi dai normali processi chimici. Molti lavori dell'inizio del XX secolo hanno portato alla comprensione della struttura delle proteine, rendendo possibile la realizzazione di bio reazioni chimiche(fermentazione alcolica) all'esterno della cellula, ecc. Allo stesso tempo, iniziò ad essere usato il termine stesso "biochimica". Le basi della biochimica in Ucraina furono gettate da Vladimir Ivanovich Vernadsky negli anni '20 del secolo scorso.

Storia

All'inizio del 19° secolo era diffusa la convinzione che la vita non fosse soggetta a fattori fisici e fisici leggi chimiche inerente alla natura inanimata. Si credeva che solo gli organismi viventi fossero in grado di produrre molecole che li caratterizzano. Fu solo nel 1828 che Friedrich Wöhler pubblicò un lavoro sulla sintesi dell'urea, effettuata in condizioni di laboratorio, dimostrando che composti organici possono essere creati artificialmente. Questa scoperta inflisse una grave sconfitta agli scienziati vitalisti che avevano negato questa possibilità.

A quel tempo esisteva già materiale fattuale per generalizzazioni biochimiche primarie, che si accumulava in connessione con le attività pratiche delle persone volte a produrre cibo e vino, ottenere filati dalle piante, pulire la pelle dalla lana con l'aiuto di microbi, studiare la composizione e proprietà dell'urina e di altre secrezioni di persone sane e malate. Dopo il lavoro di Wehler, iniziarono gradualmente a stabilirsi concetti scientifici come respirazione, fermentazione, fermentazione e fotosintesi. Lo studio della composizione chimica e delle proprietà dei composti isolati da animali e piante diventa oggetto della chimica organica (chimica dei composti organici).

La nascita della biochimica fu segnata anche dalla scoperta del primo enzima, la diastasi (ora conosciuta come amilasi) nel 1833 da Anselm Paen. Le difficoltà associate all'ottenimento di enzimi da tessuti e cellule furono sfruttate dai sostenitori del vitalismo per sostenere che era impossibile studiare gli enzimi cellulari al di fuori degli esseri viventi. Questa affermazione fu confutata dal medico russo M. Manasseina (1871 - 1872), che propose la possibilità di osservare la fermentazione alcolica in estratti di lievito macinato (cioè privo di integrità strutturale). Nel 1896 questa possibilità fu confermata dallo scienziato tedesco Eduard Buchner, che riuscì a ricreare sperimentalmente questo processo.

Il termine stesso “biochimica” fu proposto per la prima volta nel 1882, ma si ritiene che abbia acquisito un uso diffuso dopo il lavoro del chimico tedesco Carl Neuberg nel 1903. A quel tempo, questo campo di ricerca era noto come chimica fisiologica. Dopo questo periodo, la biochimica si sviluppò rapidamente, soprattutto a partire dalla metà del XX secolo, principalmente attraverso lo sviluppo di nuove tecniche come la cromatografia, la diffrazione di raggi X, la spettroscopia NMR, la radiomarcatura, la microscopia elettronica e ottica e infine la dinamica molecolare e altre tecniche computazionali. biologia. Questi metodi hanno permesso la scoperta e l'analisi dettagliata di molte molecole e vie metaboliche della cellula, come la glicolisi e il ciclo di Krebs.

Altro importante evento storico nello sviluppo della biochimica c'è stata la scoperta dei geni e del loro ruolo nella trasmissione delle informazioni nella cellula. Questa scoperta ha posto la possibilità dell'emergere non solo della genetica, ma anche del suo ramo interdisciplinare all'intersezione con la biochimica - biologia molecolare. Negli anni '50, James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins riuscirono a decifrare la struttura del DNA e ne suggerirono la connessione con la trasmissione genetica delle informazioni nella cellula. Sempre negli anni '50, George Otley e Edward Tatum dimostrarono che un singolo gene è responsabile della sintesi di una singola proteina. Con lo sviluppo di tecniche di test del DNA come l'impronta genetica, nel 1988 Colleen Pitchfork divenne la prima persona ad essere accusata di omicidio utilizzando prove del DNA, segnando il primo grande successo della medicina legale biochimica. Negli anni 200, Andrew Fire e Craig Mello mostrarono il ruolo dell'interferenza dell'RNA (RNAi) nella soppressione dell'espressione genica.

Attualmente la ricerca biochimica procede in tre direzioni, formulate da Michael Sugar. La biochimica vegetale studia la biochimica di organismi prevalentemente autotrofi e studia processi come la fotosintesi e altri. La biochimica generale comprende lo studio delle piante, degli animali e degli esseri umani, mentre la biochimica medica si concentra principalmente sulla biochimica umana e sulle anomalie nei processi biochimici, in particolare come risultato di malattie.

La biochimica del sangue è uno dei test più comuni e informativi prescritti dai medici per diagnosticare la maggior parte delle malattie. Vedendo i suoi risultati, si può giudicare lo stato di funzionamento di tutti i sistemi del corpo. Quasi tutte le malattie si riflettono negli indicatori di un esame del sangue biochimico.

Cosa hai bisogno di sapere

Il sangue viene prelevato da una vena del gomito, meno spesso dalle vene della mano e
avambraccio.

Nella siringa vengono aspirati circa 5-10 ml di sangue.

Successivamente, il sangue per la biochimica in una provetta speciale viene inserito in un dispositivo specializzato che ha la capacità di determinare gli indicatori necessari con elevata precisione. Questo va tenuto presente vari dispositivi potrebbe avere limiti normali leggermente diversi per alcuni indicatori. I risultati saranno pronti entro un giorno utilizzando il metodo express.

Come preparare

La ricerca biochimica viene effettuata al mattino a stomaco vuoto.

Prima di donare il sangue è necessario astenersi dal bere alcolici per 24 ore.
L'ultimo pasto dovrebbe essere la sera prima, entro e non oltre le ore 18.00. Non fumare due ore prima del test. Evitare anche l’attività fisica intensa e, se possibile, lo stress. La preparazione all’analisi è un processo responsabile.

Cosa è incluso nella biochimica

Esistono biochimica di base e avanzata. Non è pratico definire ogni indicatore possibile. Inutile dire che il prezzo e la quantità di sangue necessaria per le analisi aumentano. Esiste un certo elenco condizionale di indicatori di base che vengono quasi sempre assegnati e ce ne sono molti aggiuntivi. Sono prescritti da un medico in base ai sintomi clinici e allo scopo dello studio.

L'analisi viene eseguita utilizzando un analizzatore biochimico, in cui vengono inserite provette con sangue

Indicatori di base:

Proteine totali.
Bilirubina (diretta e indiretta).
Glucosio.
ALT e AST.
Creatinina.
Urea.
Elettroliti.
Colesterolo.

Indicatori aggiuntivi:

Albume.
Amilasi.
Fosfatasi alcalina.
GGTP.
Trigliceridi.
Proteina C-reattiva.
Fattore reumatoide.
Creatinina fosfochinasi.
Mioglobina.
Ferro.

L'elenco è incompleto; esistono molti altri indicatori altamente mirati per diagnosticare il metabolismo e le disfunzioni degli organi interni. Ora diamo un'occhiata più in dettaglio ad alcuni dei parametri biochimici del sangue più comuni.

Proteine totali (65-85 grammi/litro)

Visualizza la quantità totale di proteine nel plasma sanguigno (sia albumina che globulina).
Può aumentare con la disidratazione, per perdita di acqua dovuta a vomito ripetuto, sudorazione intensa, ostruzione intestinale e peritonite. Aumenta anche nel mieloma e nella poliartrite.

Questo indicatore diminuisce con il digiuno prolungato e la malnutrizione, le malattie dello stomaco e dell'intestino, quando l'apporto proteico viene interrotto. Nelle malattie del fegato, la sua sintesi è interrotta. La sintesi proteica è compromessa anche in alcune malattie ereditarie.

Albumina (40-50 grammi/litro)

Una delle frazioni proteiche del plasma. Con una diminuzione dell'albumina si sviluppa edema, fino all'anasarca. Ciò è dovuto al fatto che l'albumina lega l'acqua. Quando diminuisce in modo significativo, l’acqua non viene più trattenuta nel flusso sanguigno ed entra nei tessuti.
L'albumina viene ridotta nelle stesse condizioni delle proteine totali.

Bilirubina totale (5-21 µmol/litro)

La bilirubina totale comprende diretta e indiretta.

Tutte le ragioni dell'aumento della bilirubina totale possono essere suddivise in diversi gruppi.
Extraepatico: varie anemie, emorragie estese, cioè condizioni accompagnate dalla distruzione dei globuli rossi.

Le cause epatiche sono associate alla distruzione degli epatociti (cellule del fegato) in oncologia, epatite e cirrosi epatica.

Deflusso alterato della bile a causa dell'ostruzione dei dotti biliari da parte di calcoli o tumori.

Con l'aumento della bilirubina, si sviluppa l'ittero, la pelle e le mucose diventano itteriche.

Il livello normale di bilirubina diretta è fino a 7,9 µmol/litro. La bilirubina indiretta è determinata dalla differenza tra totale e diretta. Molto spesso, il suo aumento è associato alla rottura dei globuli rossi.

Creatinina (80-115 µmol/litro)

Uno dei principali indicatori che caratterizzano la funzione renale.

Questo indicatore aumenta nelle malattie renali acute e croniche. Anche in caso di maggiore distruzione del tessuto muscolare, ad esempio nella rabdomiolisi dopo un'attività fisica estremamente intensa. Può aumentare in caso di malattie delle ghiandole endocrine (iperfunzione della tiroide, acromegalia). Se una persona mangia una grande quantità di prodotti a base di carne, è garantito anche un aumento della creatinina.

La creatinina al di sotto del normale non ha alcun valore diagnostico speciale. Può essere ridotto nei vegetariani e nelle donne incinte nella prima metà della gravidanza.

Urea (2,1-8,2 mmol/litro)

Mostra lo stato del metabolismo delle proteine. Caratterizza il funzionamento dei reni e del fegato. Un aumento dell'urea nel sangue può verificarsi quando la funzionalità renale è compromessa, quando non riescono a far fronte alla sua rimozione dal corpo. Anche con una maggiore scomposizione delle proteine o un aumento dell'assunzione di proteine nel corpo con il cibo.

Una diminuzione dell'urea nel sangue si osserva nel terzo trimestre di gravidanza, con una dieta povera di proteine e una grave malattia epatica.

Transaminasi (ALT, AST, GGT)

Aspartato aminotransferasi (AST)- un enzima sintetizzato nel fegato. Nel plasma sanguigno, il suo contenuto non dovrebbe normalmente superare 37 U/litro negli uomini e 31 U/litro nelle donne.

Alanina aminotransferasi (ALT)– proprio come l’enzima AST, viene sintetizzato nel fegato.
Il livello normale nel sangue negli uomini è fino a 45 unità/litro, nelle donne fino a 34 unità/litro.

Oltre che nel fegato, un gran numero di transaminasi si trovano nelle cellule del cuore, della milza, dei reni, del pancreas e dei muscoli. Un aumento del suo livello è associato alla distruzione delle cellule e al rilascio di questo enzima nel sangue. Pertanto, un aumento di ALT e AST è possibile con la patologia di tutti i suddetti organi, accompagnata da morte cellulare (epatite, infarto miocardico, pancreatite, necrosi del rene e della milza).

Gamma-glutamiltransferasi (GGT) partecipa al metabolismo degli aminoacidi nel fegato. Il suo contenuto nel sangue aumenta con danni tossici al fegato, compreso l'alcol. Il livello è aumentato anche nelle patologie delle vie biliari e del fegato. Aumenta sempre con l'alcolismo cronico.

La norma per questo indicatore è fino a 32 U/litro per gli uomini, fino a 49 U/litro per le donne.
Un basso livello di GGT viene solitamente rilevato nella cirrosi epatica.

Lattato deidrogenasi (LDH) (120-240 unità/litro)

Questo enzima si trova in tutti i tessuti del corpo ed è coinvolto nei processi energetici di ossidazione del glucosio e dell'acido lattico.

Aumento delle malattie del fegato (epatite, cirrosi), del cuore (infarto), dei polmoni (infarto-polmonite), dei reni (varie nefriti), del pancreas (pancreatite).
Una diminuzione dell'attività dell'LDH al di sotto del normale è diagnosticamente insignificante.

Amilasi (3,3-8,9)

L'alfa amilasi (α-amilasi) è coinvolta nel metabolismo dei carboidrati, scomponendo gli zuccheri complessi in quelli semplici.

L'epatite acuta, la pancreatite e la parotite aumentano l'attività enzimatica. Anche alcuni farmaci (glucocorticoidi, tetraciclina) possono avere un effetto.
L'attività dell'amilasi è ridotta nella disfunzione pancreatica e nella tossicosi delle donne in gravidanza.

L'amilasi pancreatica (p-amilasi) viene sintetizzata nel pancreas ed entra nel lume intestinale, dove l'eccesso viene quasi completamente dissolto dalla trypsin. Normalmente, solo una piccola quantità entra nel sangue, laddove la velocità normale negli adulti non supera le 50 unità/litro.

La sua attività è aumentata nella pancreatite acuta. Può anche aumentare con l'assunzione di alcol e alcuni farmaci, nonché nella patologia chirurgica complicata dalla peritonite. Una diminuzione dell'amilasi è un segno sfavorevole della perdita della funzione del pancreas.

Colesterolo totale (3,6-5,2 mmol/l)

Da un lato, un componente importante di tutte le cellule e componente molti enzimi. D'altra parte, svolge un ruolo importante nello sviluppo dell'aterosclerosi sistemica.

Il colesterolo totale comprende lipoproteine ad alta, bassa e bassissima densità. Il colesterolo aumenta nell’aterosclerosi, nella disfunzione del fegato, della tiroide e nell’obesità.

La placca aterosclerotica in una nave è una conseguenza del colesterolo alto

Il colesterolo si riduce con una dieta che esclude i grassi, con l'iperfunzione della tiroide, con le malattie infettive e la sepsi.

Glucosio (4,1-5,9 mmol/litro)

Un indicatore importante dello stato del metabolismo dei carboidrati e dello stato del pancreas.
Un aumento del glucosio può verificarsi dopo aver mangiato, quindi l'analisi viene eseguita rigorosamente a stomaco vuoto. Aumenta anche con l'assunzione di alcuni farmaci (glucocorticosteroidi, ormoni tiroidei) e con patologie pancreatiche. Lo zucchero nel sangue costantemente elevato è il principale criterio diagnostico per il diabete mellito.
Un basso livello di zucchero può verificarsi a causa di un’infezione acuta, del digiuno o di un sovradosaggio di farmaci che abbassano lo zucchero.

Elettroliti (K, Na, Cl, Mg)

Gli elettroliti svolgono un ruolo importante nel sistema di trasporto di sostanze ed energia nella cellula e ritorno. Ciò è particolarmente importante per il corretto funzionamento del muscolo cardiaco.

I cambiamenti sia nella direzione dell'aumento che della diminuzione delle concentrazioni portano a disturbi del ritmo cardiaco, fino all'arresto cardiaco.

Standard degli elettroliti:

Potassio (K+) – 3,5-5,1 mmol/litro.
Sodio (Na+) – 139-155 mmol/litro.
Calcio (Ca++) – 1,17-1,29 mmol/litro.
Cloro (Cl-) – 98-107 mmol/litro.
Magnesio (Mg++) – 0,66-1,07 mmol/litro.

I cambiamenti nell'equilibrio elettrolitico sono associati a ragioni nutrizionali (difettoso apporto nel corpo), compromissione della funzionalità renale e malattie ormonali. Inoltre, possono verificarsi disturbi elettrolitici pronunciati con diarrea, vomito incontrollabile e ipertermia.

Tre giorni prima della donazione del sangue per la determinazione biochimica del magnesio, non è necessario assumere farmaci a base di magnesio.

Inoltre, esiste un gran numero di indicatori biochimici prescritti individualmente per malattie specifiche. Prima di donare il sangue, il medico determinerà quali indicatori specifici sono presi nella tua situazione. L'infermiera procedurale preleverà il sangue e il medico di laboratorio fornirà una trascrizione dell'analisi. I valori normali sono forniti per un adulto. Potrebbero essere leggermente diversi per i bambini e gli anziani.

Come potete vedere, un esame del sangue biochimico è di grande aiuto nella diagnosi, ma solo un medico può confrontare i risultati con il quadro clinico.

La biochimica è tutta una scienza che studia, in primo luogo, Composizione chimica cellule e organismi e, in secondo luogo, i processi chimici che sono alla base della loro attività vitale. Il termine fu introdotto nella comunità scientifica nel 1903 da un chimico tedesco di nome Karl Neuberg.

Tuttavia, i processi biochimici stessi sono noti fin dall'antichità. E sulla base di questi processi, le persone cuocevano il pane e producevano il formaggio, producevano il vino e conciavano le pelli degli animali, curavano le malattie con l'aiuto delle erbe e poi le medicine. E la base di tutto ciò sono proprio i processi biochimici.

Ad esempio, senza sapere nulla della scienza stessa, lo scienziato e medico arabo Avicenna, vissuto nel X secolo, descrisse molte sostanze medicinali e i loro effetti sul corpo. E Leonardo da Vinci concluse che un organismo vivente può vivere solo in un'atmosfera in cui una fiamma può bruciare.

Come ogni altra scienza, la biochimica ha i propri metodi di ricerca e studio. E i più importanti sono la cromatografia, la centrifugazione e l'elettroforesi.

La biochimica oggi è una scienza che ha fatto un grande passo avanti nel suo sviluppo. Ad esempio, si è saputo che di tutti gli elementi chimici sulla terra, poco più di un quarto è presente nel corpo umano. E la maggior parte degli elementi rari, ad eccezione dello iodio e del selenio, non sono assolutamente necessari per il mantenimento della vita da parte dell'uomo. Ma due elementi comuni come l’alluminio e il titanio non sono stati ancora trovati nel corpo umano. Ed è semplicemente impossibile trovarli: non sono necessari per la vita. E tra tutti, solo 6 sono quelli di cui una persona ha bisogno ogni giorno e da essi è costituito il 99% del nostro corpo. Questi sono carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, calcio e fosforo.

La biochimica è una scienza che studia componenti importanti degli alimenti come proteine, grassi, carboidrati e acidi nucleici. Oggi sappiamo quasi tutto di queste sostanze.

Alcune persone confondono due scienze: biochimica e chimica organica. Ma la biochimica è una scienza che studia i processi biologici che si verificano solo in un organismo vivente. E qui chimica organicaè una scienza che studia alcuni composti del carbonio e questi includono alcoli, eteri, aldeidi e molti, molti altri composti.

La biochimica è anche una scienza che comprende la citologia, cioè lo studio di una cellula vivente, della sua struttura, del suo funzionamento, della riproduzione, dell'invecchiamento e della morte. Questa branca della biochimica è spesso chiamata biologia molecolare.

Tuttavia, la biologia molecolare, di regola, lavora con gli acidi nucleici, ma i biochimici sono più interessati alle proteine e agli enzimi che innescano determinate reazioni biochimiche.

Oggi la biochimica utilizza sempre più gli sviluppi dell'ingegneria genetica e della biotecnologia. Tuttavia, di per sé, queste sono anche scienze diverse, ciascuna delle quali studia la propria. Ad esempio, la biotecnologia sta studiando metodi di clonazione delle cellule e l'ingegneria genetica sta cercando di trovare modi per sostituire un gene malato nel corpo umano con uno sano ed evitare così lo sviluppo di molte malattie ereditarie.

E tutte queste scienze sono strettamente interconnesse, il che le aiuta a svilupparsi e lavorare a beneficio dell'umanità.

La biochimica è una scienza che si occupa dello studio di varie molecole, reazioni chimiche e processi che si verificano nelle cellule e negli organismi viventi. Una conoscenza approfondita della biochimica è assolutamente necessaria per lo sviluppo di successo di due aree principali delle scienze biomediche: 1) risoluzione dei problemi di preservazione della salute umana; 2) scoprire le cause di varie malattie e trovare modi per trattarle efficacemente.

BIOCHIMICA E SALUTE

L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) definisce la salute come “uno stato di completo benessere fisico, mentale e sociale che non è semplicemente l’assenza di malattie o infermità”. Da un punto di vista strettamente biochimico, un organismo può essere considerato sano se molte migliaia di reazioni che avvengono all'interno delle cellule e nell'ambiente extracellulare avvengono in condizioni e velocità tali da garantire la massima vitalità dell'organismo e mantenere uno stato fisiologicamente normale (non patologico). ) stato.

BIOCHIMICA, NUTRIZIONE, PREVENZIONE E CURA

Uno dei prerequisiti principali per il mantenimento della salute è una dieta ottimale contenente un certo numero di sostanze chimiche; i principali sono le vitamine, alcuni aminoacidi, alcuni acidi grassi, vari minerali e l'acqua. Tutte queste sostanze presentano, in un modo o nell'altro, interesse sia per la biochimica che per la scienza della nutrizione razionale. Pertanto, esiste una stretta connessione tra queste due scienze. Inoltre, è prevedibile che, man mano che vengono compiuti gli sforzi per frenare l’aumento dei prezzi dell’assistenza sanitaria, verrà posta maggiore enfasi sul mantenimento della salute e sulla prevenzione delle malattie, vale a dire sulla prevenzione delle malattie. medicina preventiva. Ad esempio, per prevenire l’aterosclerosi e il cancro, è probabile che l’alimentazione razionale diventi sempre più importante nel tempo. Allo stesso tempo, il concetto di nutrizione razionale dovrebbe basarsi sulla conoscenza della biochimica.

BIOCHIMICA E MALATTIE

Tutte le malattie sono una manifestazione di alcuni cambiamenti nelle proprietà delle molecole e di disturbi nel corso delle reazioni e dei processi chimici. I principali fattori che portano allo sviluppo di malattie negli animali e nell'uomo sono riportati nella tabella. 1.1. Tutti influenzano una o più reazioni chimiche chiave o la struttura e le proprietà di molecole funzionalmente importanti.

Il contributo della ricerca biochimica alla diagnosi e al trattamento delle malattie è il seguente.

Tabella 1.1. I principali fattori che portano allo sviluppo di malattie. Tutti influenzano vari processi biochimici che si verificano in una cellula o nell'intero organismo.

1. Fattori fisici: traumi meccanici, temperature estreme, sbalzi improvvisi della pressione atmosferica, radiazioni, scosse elettriche

2. Agenti chimici e farmaci: alcuni composti tossici, farmaci terapeutici, ecc.

4. Carenza di ossigeno: perdita di sangue, compromissione della funzione di trasporto dell'ossigeno, avvelenamento degli enzimi ossidativi

5. Fattori genetici: congeniti, molecolari

6. Reazioni immunologiche: anafilassi, malattie autoimmuni

7. Squilibri nutrizionali: denutrizione, sovranutrizione

Grazie a questi studi è possibile 1) identificare la causa della malattia; 2) offrire un percorso terapeutico razionale ed efficace; 3) sviluppare metodi per l'esame di massa della popolazione ai fini della diagnosi precoce; 4) monitorare l'andamento della malattia; 5) monitorare l'efficacia del trattamento. L'Appendice descrive i test biochimici più importanti utilizzati per diagnosticare varie malattie. Sarà utile fare riferimento a questa Appendice ogni volta che si parlerà della diagnosi biochimica di varie malattie (ad esempio infarto miocardico, pancreatite acuta, ecc.).

Il potenziale della biochimica nella prevenzione e nel trattamento delle malattie è brevemente illustrato da tre esempi; Vedremo alcuni altri esempi più avanti in questo capitolo.

1. È noto che per mantenere la propria salute, una persona deve ricevere alcuni composti organici complessi: le vitamine. Nel corpo, le vitamine vengono convertite in molecole più complesse (coenzimi), che svolgono un ruolo chiave in molte reazioni che avvengono nelle cellule. La mancanza di qualsiasi vitamina nella dieta può portare allo sviluppo di varie malattie, ad esempio lo scorbuto con carenza di vitamina C o il rachitismo con carenza di vitamina D. Determinare il ruolo chiave delle vitamine o dei loro derivati biologicamente attivi è diventato uno dei principali problemi che biochimici e nutrizionisti hanno risolto dall’inizio di questo secolo.

2. Una condizione nota come fenilchetonuria (PKU) può portare a grave ritardo mentale se non trattata. La natura biochimica della PKU è nota da circa 30 anni: la malattia è causata da una carenza o totale assenza dell'attività di un enzima che catalizza la conversione dell'aminoacido fenilalanina in un altro aminoacido, la tirosina. L'attività insufficiente di questo enzima porta all'accumulo di fenilalanina in eccesso e di alcuni dei suoi metaboliti, in particolare chetoni, nei tessuti, che influisce negativamente sullo sviluppo del sistema nervoso centrale. sistema nervoso. Dopo aver chiarito le basi biochimiche della PKU, è stato trovato un metodo di trattamento razionale: ai bambini malati viene prescritta una dieta con un contenuto ridotto di fenilalanina. Lo screening di massa dei neonati per la PKU consente, se necessario, di iniziare immediatamente il trattamento.

3. La fibrosi cistica è una malattia ereditaria delle ghiandole esocrine, e in particolare delle ghiandole sudoripare. La causa della malattia è sconosciuta. La fibrosi cistica è una delle malattie genetiche più comuni nel Nord America. È caratterizzata da secrezioni anormalmente viscose che ostruiscono i dotti secretori e i bronchioli del pancreas. Coloro che soffrono di questa malattia molto spesso muoiono in tenera età a causa di un'infezione polmonare. Poiché le basi molecolari della malattia sono sconosciute, è possibile solo il trattamento sintomatico. Si può tuttavia sperare che nel prossimo futuro, con l’aiuto della tecnologia del DNA ricombinante, sarà possibile chiarire la natura molecolare della malattia, il che consentirà di scoprire più metodo efficace trattamento.

DEFINIZIONE FORMALE DI BIOCHIMICA

La biochimica, come suggerisce il nome (dal greco bios-vita), è la chimica della vita, o, più strettamente, la scienza della principi chimici processi vitali.

L'unità strutturale dei sistemi viventi è la cellula, quindi si può dare un'altra definizione: la biochimica come scienza studia i componenti chimici delle cellule viventi, nonché le reazioni e i processi a cui partecipano. Secondo questa definizione, la biochimica copre vasti settori della biologia cellulare e tutta la biologia molecolare.

COMPITI DELLA BIOCHIMICA

Il compito principale della biochimica è raggiungere una comprensione completa di livello molecolare la natura di tutti i processi chimici associati alla vita delle cellule.

Per risolvere questo problema è necessario isolare dalle cellule i numerosi composti che vi si trovano, determinarne la struttura e stabilirne le funzioni. Ad esempio, possiamo citare numerosi studi volti a chiarire le basi molecolari della contrazione muscolare e una serie di processi simili. Di conseguenza, molti composti di vari gradi di complessità sono stati isolati in forma purificata e sono stati condotti studi strutturali e funzionali dettagliati. Di conseguenza, è stato possibile chiarire una serie di aspetti delle basi molecolari della contrazione muscolare.

Un altro compito della biochimica è chiarire la questione dell'origine della vita. La nostra comprensione di questo entusiasmante processo è lungi dall’essere completa.

AREE DI RICERCA

L’ambito della biochimica è ampio quanto la vita stessa. Ovunque esista la vita, si verificano vari processi chimici. La biochimica si occupa dello studio delle reazioni chimiche che avvengono nei microrganismi, nelle piante, negli insetti, nei pesci, negli uccelli, nei mammiferi inferiori e superiori, e in particolare nel corpo umano. Di particolare interesse per gli studenti che studiano scienze biomediche sono

le ultime due sezioni. Tuttavia sarebbe miope non averne alcuna idea caratteristiche biochimiche alcune altre forme di vita: spesso queste caratteristiche sono essenziali per comprendere vari tipi di situazioni direttamente correlate all'uomo.

BIOCHIMICA E MEDICINA

Esiste un’ampia relazione bidirezionale tra biochimica e medicina. Grazie alla ricerca biochimica è stato possibile rispondere a molte domande relative allo sviluppo delle malattie e lo studio delle cause e del decorso di alcune malattie ha portato alla creazione di nuove aree della biochimica.

Studi biochimici volti a identificare le cause delle malattie

Oltre a quelli sopra menzionati, forniremo altri quattro esempi per illustrare l'ampiezza della gamma di possibili applicazioni della biochimica. 1. L'analisi del meccanismo d'azione della tossina prodotta dall'agente causale del colera ha permesso di scoprirlo punti importanti in relazione ai sintomi clinici della malattia (diarrea, disidratazione). 2. Molte piante africane hanno livelli molto bassi di uno o più aminoacidi essenziali. L'identificazione di questo fatto ha permesso di capire perché quelle persone per le quali queste piante sono la principale fonte di proteine soffrono di carenza proteica. 3. È stato scoperto che le zanzare portatrici degli agenti patogeni della malaria possono sviluppare sistemi biochimici che le rendono immuni agli insetticidi; questo è importante da considerare quando si sviluppano misure di controllo della malaria. 4. Gli eschimesi della Groenlandia consumano grandi quantità di olio di pesce, ricco di alcuni acidi grassi polinsaturi; allo stesso tempo, è noto che sono caratterizzati da un basso livello di colesterolo nel sangue e quindi hanno molte meno probabilità di sviluppare l'aterosclerosi. Queste osservazioni hanno suggerito la possibilità di utilizzare acidi grassi polinsaturi per ridurre il colesterolo nel plasma sanguigno.

Lo studio delle malattie contribuisce allo sviluppo della biochimica

Osservazioni del medico inglese Sir Archibald Garrod agli inizi del 1900. Un piccolo gruppo di pazienti affetti da errori congeniti del metabolismo ha stimolato la ricerca sui percorsi biochimici che vengono interrotti in queste condizioni. I tentativi di comprendere la natura di una malattia genetica chiamata ipercolesterolemia familiare, che porta allo sviluppo di grave aterosclerosi in tenera età, hanno contribuito al rapido accumulo di informazioni sui recettori cellulari e sui meccanismi di assorbimento del colesterolo da parte delle cellule. Lo studio intensivo degli oncogeni nelle cellule tumorali ha attirato l'attenzione sui meccanismi molecolari del controllo della crescita cellulare.

Studio degli organismi inferiori e dei virus

Informazioni preziose, che si sono rivelate molto utili per condurre ricerche biochimiche in clinica, sono state ottenute dallo studio di alcuni organismi e virus inferiori. Per esempio, teorie moderne la regolazione dell'attività genica ed enzimatica si è formata sulla base di studi pionieristici condotti su muffe e batteri. La tecnologia del DNA ricombinante ha avuto origine dalla ricerca condotta su batteri e virus batterici. Il vantaggio principale di batteri e virus come oggetto di ricerca biochimica è il loro alto tasso di riproduzione; ciò facilita notevolmente l'analisi genetica e la manipolazione genetica. Le informazioni ottenute dallo studio dei geni virali responsabili dello sviluppo di alcune forme di cancro negli animali (oncogeni virali) hanno permesso di comprendere meglio il meccanismo di trasformazione delle cellule umane normali in cellule tumorali.

BIOCHIMICA E ALTRE SCIENZE BIOLOGICHE

La biochimica degli acidi nucleici è alla base della genetica; a sua volta, l'uso di approcci genetici si è rivelato fruttuoso per molte aree della biochimica. La fisiologia, la scienza che studia il funzionamento del corpo, si sovrappone notevolmente alla biochimica. Utilizzato in immunologia gran numero metodi biochimici e, a loro volta, molti approcci immunologici sono ampiamente utilizzati dai biochimici. La farmacologia e la farmacia si basano sulla biochimica e sulla fisiologia; La maggior parte dei farmaci viene metabolizzata mediante appropriate reazioni enzimatiche. I veleni influenzano reazioni o processi biochimici; queste domande costituiscono l'oggetto della tossicologia. Come abbiamo già detto, in sostanza tipi diversi La patologia è una violazione di una serie di processi chimici. Ciò porta all’uso sempre più diffuso di approcci biochimici allo studio vari tipi patologie (ad esempio processi infiammatori, danni cellulari e cancro). Molti di coloro che si occupano di zoologia e botanica fanno ampio uso di approcci biochimici nel loro lavoro. Queste relazioni non sono sorprendenti, poiché, come sappiamo, la vita in tutte le sue manifestazioni dipende da una varietà di reazioni e processi biochimici. Le barriere che prima esistevano tra le scienze biologiche sono state praticamente distrutte e la biochimica sta diventando sempre più il loro linguaggio comune.