Кафедра истории Отечества, науки и культуры                             Факультет      

                                                                                                             Курс          

                                                                                                              Группа   

Дисциплина: История и методология химической технологии и биотехнологии

Курсовая  работа

Тема : Развитие биохимии

Выполнил:              _________________

                                                                           (подпись)

Руководитель:             _________________

                                                                                                  (подпись)

Санкт - Петербург

2011

Оглавление

Введение 3

Накопление биохимических сведений и формирование 4

Возникновение и развитие современных  направлений биохимии. 6

Методы биохимии 9

Некоторые виды биохимии 10

Биохимия гормонов. 10

Энзимология 10

Эволюционная и сравнительная биохимия. 11

История получения некоторых элементов 12

Белки 12

Аминокислоты 14

Углеводы 15

Жиры 16

ДНК 16

Ферменты 17

Выводы 19

Список использованных источников 20 
 

Введение

  Современное человеческое общество живет и продолжает развиваться, активно используя  достижения науки и техники. Накоплением  этих знаний, поиском закономерностей  в них и их применением на практике занимается наука. Человеку как объекту  познания свойственно разделять  и классифицировать предмет своего познания на множество категорий  и групп; так и наука в свое время была поделена на несколько  больших классов: естественные науки, точные науки, общественные науки, науки  о человеке и пр. Каждый из этих классов  делится, в свою очередь, на подклассы  и т.д.

  Одной из важнейших наук, относящихся к  классу естественных, является биологическая (физиологическая) химия.

  Биохи́мия  — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин «биохимия» эпизодически употреблялся с середины XIX века, но в классическом смысле он был предложен и введён в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нойбергом (Carl Neuberg).¹

  Биохимия  находится на стыке нескольких наук, прежде всего —биологии и химии.

  Ценность  этой науки сложно переоценить. Она исследует только те вещества и химические реакции, которые имеют место в живых организмах, прежде всего в живой клетке. А разобравшись, как работает живой и здоровый организм, мы можем понять причины некоторых заболеваний и найти способы исцеления от них.

  При выполнении данной курсовой работы я  ставила перед собой несколько  задач:

• Получить представление о биохимии
• Проследить историю развития
• Рассмотреть некоторые основные объекты биохимии

  В качестве источников информации я взяла книги, написанные Александром Николаевичем Шаминым («История химии белка», «История биологической химии. Формирование биохимии»), известным ученым-историком, так как его книги содержат достоверную, легкую для понимания и доступную информацию. Так же мною были просмотрены некоторые популярные интернет-ресурсы (www.xumuk.ru – сайт о химии в целом и её разделах, www.biokhimija.ru –ресурс с информацией о биохимии, www.wikipedia.ru – интернет-энциклопедия).

Накопление  биохимических сведений и формирование биохимии в 16—19 вв. 

  Биохимия выделилась в самостоятельную науку в конце 19 в., хотя истоки её относятся к более давним временам. С 1-й половины 16 в. и до 2-й половины 17 в. свой вклад в развитие химии и медицины вносили ятрохимики: врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс, учёные Я. Б. Ван Гельмонт, Ф. Сильвий и др., занимавшиеся исследованием пищеварительных соков, жёлчи, а также процессов брожения. Сильвий, прославленный врач, придавал особенно большое значение правильному соотношению в организме человека кислот и щелочей; он полагал, что в основе многих, если не всех, болезней лежит расстройство этого соотношения. Большая часть положений ятрохимиков была наивной, полной заблуждений (в 16-17 веках химия была не сильно развита). Наиболее общей теорией того времени, была теория флогистона. Тем не менее балансовые опыты на человеке с точным учётом массы тела и выделений были проведены итальянским учёным С. Санторио в начале 17 в. Эти опыты привели к описанию «perspiratio insensibilis» — потери массы за счёт «нечувствуемого пропотевания». 

    Величайшие открытия в области физики и химии 18 и начала 19 вв. (открытие ряда простых веществ и соединений, формулировка газовых законов, открытие законов сохранения материи и энергии) заложили научный фундамент общей химии. После открытия в составе воздуха кислорода ботаник Я. Ингенхауз смог описать постоянное образование растением СО₂ и выделение на солнечном свету зелёными частями растения кислорода. Опытами Ингенхауза было положено начало очень важных исследований: дыхание растений и процессов фотосинтеза. Детальное изучение этих основополагающих вопросов продолжается и в настоящее время.

  В конце 1-й четверти 19 в. было известно очень незначительное количество органических веществ. В учебнике немецкого химика Л. Гмелина, изданном в 1822, упоминается порядка 80 органических соединений.² Задачи и возможности органической химии в то время оставались неясными. Шведский учёный И. Берцелиус считал, что органические тела разделяются на два четко разграниченных класса (что было ошибочно, но выяснилось это позднее)— на растения и животные; сущность живого тела основана не на его неорганических элементах, а на чём-то ином. Это нечто, что он называет «жизненной силой», лежит целиком за пределами неорганических элементов. Берцелиус выражает сомнение в том, что люди когда-либо сумеют искусственно производить органические вещества и подтвердить анализ синтезом (1827). Несостоятельность таких типичных для витализма позиций выявилась очень скоро. Уже в 1828 немецкий химик Ф. Вёлер, ученик Берцелиуса, получил синтетическим путём мочевину, описанную в 18 в. французским учёным Г. Руэлем в качестве составной части мочи млекопитающих. Вскоре последовали синтезы и других, как природных органических соединений, так и неизвестных в природе.(Что опровергло теорию Берцелиуса) Т. о. рушилась стена, отделявшая органические соединения от неорганических.

  Во  2-ой половине 19 в. органическая химия приобретает  больше практический характер (наживной), который направляют на получение новых соединений углерода, и особое внимание уделяется соединениям углерода, которые имеют промышленное значение; в её задачи уже не входит исследование состава растительных и животных объектов.

  В 1814 русский химик К. С. Кирхгоф описал осахаривание крахмала под влиянием вытяжки из проросших семян ячменя: действие амилазы. К середине 19 в были описаны и другие ферменты: амилаза слюны, расщепляющая полисахариды; пепсин желудочного сока и трипсин сока поджелудочной железы, расщепляющие белки. Берцелиус ввёл в химию понятие катализаторов, к числу которых были отнесены все известные в то время ферменты.

  В 1835 французский химик М. Шеврёль описал в составе мышц креатин, несколько позднее в моче был найден близкий к нему по структуре креатинин. Очень важное открытие сделал немецкий химик Ю. Либих - он установил содержание в скелетных мышцах молочной кислоты и её накопление при работе. В 1839 он же выяснил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.³

  В середине 19 в. была установлена структура жира и осуществлен его синтез французским химиком П. Бертло; синтез углеводов был проведён русским учёным А. М. Бутлеровым; он же предложил теорию строения органических соединений, значимую и на сегодняшний день. Систематическое исследование белков было начато голландским врачом и химиком Г. И. Мульдером в 30-е гг. 19 в. и интенсивно продолжалось многими. В то же время в связи с описанием дрожжевых клеток (К. Коньяр-Латур во Франции и Т. Шванн в Германии, 1836—38) активно начали изучать процесс сбраживания сахара и образования спирта, издавна привлекавший к себе внимание. В числе учёных, изучавших брожение, были Ю. Либих и Л. Пастер. Пастер пришёл к выводу, что брожение — биологический процесс, в котором обязательно участвуют живые дрожжевые клетки. Либих же придерживался другой точки зрения, он рассматривал сбраживание сахара  как сложную химическую реакцию. В этот спор была внесена ясность, когда русский химик М. М. Манассеина (1871) и немецкий учёный Э. Бухнер (1897) доказали способность безклеточного дрожжевого сока вызывать алкогольное брожение. Этими экспериментами подтверждалась принципиальная правильность химической теории действия ферментов, которую Либих сформулировал в 1870; основные её принципы актуальны и теперь.

  По  прошествии времени, количество накопившихся знаний относительно химического состава растительных и животных организмов и протекающих в них химических реакций увеличилось, стало значительным, в связи с чем были осуществлены попытки их систематизации и объединения. Наиболее ранние из них — учебники И. Зимона (1842) и Либиха (1847), изданные в Германии, и учебник физиологической химии А. И. Ходнева, вышедший в России (1847).

Возникновение и развитие современных  направлений биохимии. 

  На  рубеже 19 и 20 веков биохимия стала развиваться, появился выраженный специализированный характер в зависимости от разрабатываемой проблемы и объекта исследования. 

  Биохимия растений развивалась преимущественно на кафедрах ботаники и физиологии растений. Тесно связана с ней и биохимия микроорганизмов. Белки, углеводы, липиды, витамины, являющиеся составными частями растений, животных и микроорганизмов, исследовали биохимики всех стран на самых различных объектах. Характерными для растений и микроорганизмов можно считать гликозиды, дубильные вещества, эфирные масла, алкалоиды, антибиотики и др. (вещества вторичного происхождения). Из перечисленных соединений ряд гликозидов был синтезирован при участии ферментов французским химиком Э. Буркло и его сотрудниками (1911—18). В расшифровке строения антоцианов — гликозидов, входящих в состав пигментов цветов и плодов, — исключительную роль сыграли работы немецкого химика Р. Вильштеттера (1910—15). Группа алкалоидов (азотистых гетероциклических веществ основного характера) изучалась немецким химиком А. Гофманом (1890—1900). Позднее алкалоиды изучали выдающиеся исследователи (Р. Вильштеттер, Л. Пикте — Швейцария; русские химики А. П. Орехов, А. А. Шмук и многие др.). Эфирные масла, терпены успешно исследовали также крупные представители химии и биохимии: Перкин младший (Великобритания), Г. Эйлер (Швеция) и др. 

    Выдающуюся роль в развитии биохимии растений в России (конец 19 в. — 1-я половина 20 в.) сыграли профессор Петербургского университета А. С. Фаминцын, его ученики Д. И. Ивановский, открывший вирусы, и И. П. Бородин, изучавший окислительные процессы в организме растений и их связь с превращениями белков.

  Значимые  работы С. П. Костычева по анаэробному обмену углеводов и дыханию у растений обогатили химическую физиологию открытием новых промежуточных продуктов брожения, формулировкой оригинальных взглядов на сущность окислительных процессов, на обмен белков и фиксацию азота растениями. Много сделал профессор Варшавского университета М. С. Цвет, разработавший метод хроматографии на колонках, используемый и в настоящее время. Московская школа физиологов и биохимиков растений была представлена К. А. Тимирязевым, исследовавшим фотосинтез и химию хлорофилла. Его ученики — В. И. Палладин (разрабатывал проблему биологического окисления), Д. П. Прянишников (изучал азотистый обмен растений), В. С. Буткевич, (обогатил теоретическую биохимию исследованиями белков и белкового обмена растений), А. Р. Кизель (изучал обмен аргинина и мочевины у растений и структурные элементы протоплазмы клеток). Они стали основоположниками крупных школ и оригинальных направлений современной общей и эволюционной биохимии, а также физиологии и биохимии растений, плодотворно развивающихся и 20 в.

  В 20 в. представители биохимии микроорганизмов и биохимии растений решали много общих задач, связанных с изучением природных соединений (в т. ч. и высокомолекулярных), их структуры, путей образования и расщепления, характеристики ферментов, участвующих в этих процессах. Следует отметить, что для различных энзимологических исследований и для разработки проблем биохимической генетики, постепенно становились популярны микроорганизмы.

  Все эти исследования создали прочную  базу для разработки многих частных  проблем, в том числе и промышленной биохимии. К ним относятся получение новых антибиотиков, разработка методов их очистки, поиски условий, благоприятных для микробиологического синтеза не только антибиотиков, но и других биологически активных соединений — витаминов, дефицитных аминокислот, нуклеотидов и т.д.

  В СССР направление технической и промышленной биохимии представлено наиболее полновесно в Институте биохимии им. А. Н. Баха (А. И. Опарин, В. Л. Кретович, Л. В. Метлицкий, Р. М. Фениксова и др.), в Институте физиологии растений АН СССР (А. Л. Курсанов, его сотрудники и ученики). Много сделали в изучении биохимии зерновых культур И. П. Иванов (Всесоюзный институт растениеводства), а также В. Л. Кретович, М. И. Княгиничев, их сотрудники и мн. др. Работы, проведённые в Институте им. А. Н. Баха по биохимиикатехинов, сыграли существенную роль в развитии чайного производства и дубильных веществ.

  Большое значение для развития медицинской и физиологической химии имели многочисленные школы физиологов, химиков, патологов и врачей, работавших в разных странах. Во Франции в лаборатории физиолога К. Бернара в составе печени млекопитающих был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление; здесь же Л. Корвизар (1856) открыл в поджелудочном соке фермент трипсин. В Германии в лабораториях Ф. Хоппе-Зейлера, А. Косселя, Э. Фишера, Э. Абдергальдена, О. Хаммарстена и др. подробно изучались простые и сложные белки, их структура и свойства, вещества, образующиеся при искусственном их расщеплении путём нагревания с кислотами и щёлочами, а также под влиянием ферментов.

  В Англии Ф. Хопкинс (основатель школы биохимиков в Кембридже) занимался исследованием аминокислотного состава белков, открыл триптофан, глутатион, изучал роль аминокислот и витаминов в питании.

  Русские учёные, работавшие на кафедрах высших учебных заведений и в специализированных институтах, внесли   существенный вклад в развитие биохимии в конце 19 — начале 20 в. В Военно-медицинской академии А.Я. Данилевский и его сотрудники разрабатывали проблемы химии белка, методы выделения и очистки ферментов, изучали механизм их действия и условия обратимости ферментативных реакций. В Институте экспериментальной медицины М. В. Ненцкий исследовал химию порфиринов, биосинтез мочевины, а также ферменты бактерий, вызывающие разложение аминокислот. Особенно плодотворным было содружество лабораторий А. Я. Данилевского и М. В. Ненцкого с лабораторией И. П. Павлова при исследовании пищеварения и образования мочевины в печени. В Московском университете В. С. Гулевич подробно и успешно исследовал азотистые экстрактивные (небелковые) вещества мышц и открыл ряд новых соединений оригинальной структуры (карнозин, карнитин и др.). Предметом многочисленных исследований было и остаётся подробное изучение разнообразных ферментативных реакций, протекающих в паренхиматозных органах, главным образом в печени, и обусловливающих нормальное течение процессов обмена веществ.

  Большое внимание на рубеже 19 и в 20 веков было уделено биохимическому исследованию возбудимых тканей, главным образом мозга и мышц. В СССР разработка этих проблем осуществлялась А. В. Палладиным, Г. Е. Владимировым, Е. М. Крепсом, их учениками и сотрудниками. К середине 20 в. нейрохимия представляла одно из сформировавшихся самостоятельных направлений. ⁴

  Всестороннему рассмотрению подверглась биохимия крови. Дыхательная функция крови (т. е. связывание и отдача кровью углекислого газа и кислорода), изучавшаяся в середине 19 в. в лаборатории К. Людвига в Вене, подробно исследовалась в дальнейшем в разных странах. Полученные данные привели к анализу структуры и свойств гемоглобина в норме и патологии, к детальному изучению реакции между гемоглобином и кислородом и выяснению закономерностей кислотно-щелочного равновесия. 

    Больших успехов биохимия достигла в изучении витаминов, гормонов, минеральных веществ, в частности микроэлементов, их распространения в различных организмах, физиологической роли, механизма действия и регулирующих влияний на ферментативные реакции и процессы обмена веществ.

  В середине 20 в. самостоятельное значение приобрели биохимические исследования, проводившиеся в клиниках и посвященные  изучению биохимических особенностей организма, химического состава крови, мочи и других жидкостей и тканей больного человека. Это направление широко развивалось и стало основой для клинической биохимии.

 Методы  биохимии

  Биохимия достигла крупных успехов в 1950—1970 , благодаря развитию новых методов исследования . Это прежде всего — выяснение строения белков, определение последовательности расположения в них аминокислот. Впервые была выяснена последовательность расположения аминокислот в гормоне белковой природы — инсулине — английским биохимиком Ф. Сангером, затем в ферменте рибонуклеазе К.Хёрсом, С. Муром и У.Стейном (США), разработавшими метод автоматического анализа аминокислот, вошедший в практику биохимических лабораторий. Тот же фермент — рибонуклеазу, полученную из разных источников, изучали К. Анфинсен (США), Ф. Эгами (Япония) и др.  Последовательность расположения аминокислот в ряде протеолитических ферментов установили Ф. Шорм и Б. Кейль с сотрудниками (Чехословакия), Б. Хартли (Великобритания) и др. Большое достижение биохимии 60-х гг. 20 в. — химический синтез гормонов — адренокортикотропного гормона, молекула которого содержит 23 аминокислоты (в природном гормоне 39 аминокислот), и инсулина, молекула которого состоит из 51 аминокислоты, фермента рибонуклеазы (124 аминокислоты).