БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ (биохимия), изучает химические процессы, совершающиеся в живых организмах. Всякий живой организм представляет собой обособленную от окружающей среды, но сообщающуюся с ней динамическую систему, нормальное функционирование (постоянный режим, regime permanent) которой обеспечивается тем, что из окружающей среды через организм проходит ряд веществ, претерпевающих при этом прохождении определенные хим. превращения. Особенностью живого организма является то, что нек-рые составные части его, по сравнению с составными частями мертвой природы, обладают большим запасом энергии, легко переводимой из потенциального состояния в кинетическое. Этим обусловливается неустойчивость (лабильность) живого организма. Чтобы сохранять постоянный режим и при всех процессах, непрерывно протекающих в нем, оставаться равным самому себе, живой организм должен обладать способностью воспроизводить свои части по мере их изнашивания. Но, кроме этой способности сохранять свое индивидуальное бытие, живой организм обладает еще способностью воспроизводить из себя подобные себе организмы, т. е. переносить совершающиеся в нем процессы за пределы индивидуального бытия, и тем обеспечивать сохранение бытия родового. Этими основными свойствами живого организма, отражающими совокупность процессов, протекающих в нем, определяется логический подход к его изучению, к-рый в значительной мере совпал с фактическим. Если вещество живого организма отличается от вещества окружающей мертвой природы, естественно возникает вопрос—откуда оно берется и как образуется. Повседневный опыт учит, что животный организм может существовать лишь за счет веществ, к-рые он посредственно или непосредственно извлекает из растительного. Последний же может существовать вполне самостоятельно, т. е. обладает способностью каким-то образом переводить вещества мертвой природы в то состояние, к-рым характеризуются вещества живого организма. Первые шаги Б. х. как экспериментальной науки и были направлены именно в эту сторону. Для выяснения вопроса,—откуда живое растение берет вещество, необходимое для построения своего тела, Ван-Гельмонт (Van Gelmont, 1577— 1644) поставил след. опыт, к-рый надо считать первым количественным опытом в истории Б. х. Он отвесил 200 фунтов высушенной земли, посадил в нее ветвь ивы и поливал ее дождевой водой в течение 5 лет. По истечении этого времени он извлек из земли и взвесил выросшее дерево, землю высушил и тоже взвесил. Оказалось, что потеря в весе земли не превышала */« фу?тта, тогда как ветвь прибавила за это время 159 фунтов. Отсюда Ван-Гельмонт заключил, что вещество растений образуется из воды. Несмотря на все несовершенство этого опыта, вывод был отчасти верен: известно, что Н и О органических веществ, образующихся в живых растениях, действительно, происходят из воды. Но о С этих веществ Ван-Гельмонту ничего не было известно. Только более 100 лет спустя было выяснено то значение, какое СО ₂ воздуха имеет для питания растений и для образования в них органич. веществ. Пристли (Pristley), открывший кислород, знал уже, что животное, помещенное в замкнутое пространство, делает воздух его непригодным для дыхания. Он заметил также, что, если поместить зеленое растение под колокол, содержащий такой испорченный воздух, то через нек-рое время последний опять делается пригодным для дыхания; но смысла и значения этого опыта Пристли не понял. Ингенгус (Ingenhoust, 1779 г.) показал затем, что воздух очищается только зелеными частями растений и только на свету, а Сенебье (Senebier)B то же время выяснил, что при этом из воздуха поглощается С0₂, О к-рой выделяется в свободном виде, а С усваивается растениями. Так был открыт один из важнейших процессов биологической химии—ассимиляция С0₂ растениями,—лежащий в основе образования органических веществ в живом организме. В тесной логической связи с ним стоит обратный процесс—разрушение органических веществ в живом организме. Житейский опыт учит, что для поддержания своего существования организм должен питаться и при этом вполне определенными веществами, в состав к-рых входят белки, углеводы и жиры. Эти пищевые вещества, разрушаясь в организме, и поддерживают в нем тепло. Так как все они легко горючи, то мысль невольно устанавливает аналогию между их разрушением в организме и сгоранием на открытом воздухе или в печи. Аналогия эта усугубляется тем, что точно так же, как для сжигания горючих веществ в печи необходимы тяга и приток воздуха, так для разрушения пищевых веществ в организме необходимы втягивание воздуха, дыхание. Весьма интересно отметить, что научная интуиция простым сопоставлением фактов пришла к почти правильному пониманию процесса дыхания в такую эпоху, когда о кислороде ничего не было известно и когда постановка опытов носила самый первобытный характер. В 1669 г., следовательно, более чем за сто лет до открытия О, английский врач Мейоу (Mayow) пришел к мысли, что окружающий воздух не есть однородное тело, а содержит газ, к-рый при горении поглощается горящим веществом, а при дыхании животных—их кровью. Почти в одно время с Ван-Гельмонтом он произвел след. замечательный для того времени опыт. Поставив под колокол зажженную свечу, он отметил время, которое прошло до того, как свеча потухла за недостатком воздуха. Аналогичный опыт он проделал с мышью. Поместив затем животное и горящую свечу одновременно под тот же колокол, он нашел, что мышь задохлась и свеча потухла в срок, вдвое более короткий, чем в первом опыте. Его заключение гласит: «Надо полагать, что и животные и огонь извлекают из воздуха одни и те же частицы». Другой англ. врач, известный анатом Уиллис (Willis), приблизительно в то же время определенно указал, что кровь согревается вследствие того, что она сгорает в процессе дыхания; удушение же происходит вследствие того, что необходимые для горения частицы воздуха перестают поступать в легкие, где они действуют на кровь. Эти правильные понятия не нашли сочувствия у последующих естествоиспытателей.Только столетие спустя (в 1775 г.) основоположник научной химии Лавуазье, исходя из открытия О, с полной ясностью установил смысл и значение дыхания. Он показал, что в этом процессе поглощенный О превращается в равный ему объем СО_г. На основании этого Лавуазье высказал положение, что дыхание есть не что иное, как медленное сгорание С и Н, во всех отношениях схожее со сгоранием, происходящим в лампе или свече; в этом отношении дышащие животные являются настоящими горючими телами, к-рые медленно разрушаются сжиганием. К середине XVII в. относится также начало изучения еще одного вопроса, занимающего очень большое место в Б. х., вопроса о брожении (см.). Упомянутый уже Ван-Гельмонт признал, что брожение (дело идет о спиртовом брожении содержащих сахар жидкостей) вызывается особым возбудителем, или ферментом (fermentum). Уиллис пытался даже объяснить действие фермента предположением, что последний сообщает свое собственное внутреннее движение другим, способным к разложению телам. Мак Брайд (Mac Bride) доказал, что газ, выделяющийся при спиртовом брожении сахара, тождествен с С0₂. В этом вопросе Лавуазье первый выяснил основные реакции брожения. Он подвергал брожению взвешенное количество сахара, определял количество выделившейся С0₂ и образовавшегося спирта и пришел к заключению, что сахар при этом полностью превращается в СО₂ и спирт. Аналитические методы того времени были весьма грубы, и если Лавуазье пришел к правильному выводу, то только благодаря тому, что ошибки опыта у него случайно компенсировались. Но весьма возможно, что правильности его вывода способствовала правильность принципиальной постановки вопроса. Лавуазье, открывший закон сохранения материи, во всяком опыте исходил из положения, что существует полное равенство между телом, подвергаемым анализу, и веществами, к-рые из него извлекаются. Раз сахар дает С0₂ и спирт, то можно сказать, что сахар=СО₂+спирт. Мы теперь знаем, что брожение глюкозы, действительно, идет по уравнению С₆Н₁₂0₆= =2С0₂+2С₂Н_Б.ОН. Так. образ., к началу XIX в. научные достижения Б. х. выразились в установлении трех фактов: 1) растения своими зелеными частями разлагают под действием света С0₂ воздуха, из С ее строят органические вещества, а О выделяют в свободном состоянии; 2) дыхание животных есть медленное сжигание органических веществ их тела за счет О воздуха, при чем С этих веществ выдыхается в виде С0₂; 3) спиртовое брожение есть вызываемый ферментом полный распад сахара на спирт и СО_а. В истории человечества XIX век был переломным в том отношении, что в этот период времени наука и техника, непрерывно воздействуя друг на друга, достигли такого высокого уровня, к-рый совершенно несоизмерим с их прежним состоянием. Вместе с другими дисциплинами сильно подвинулась вперед и биологическая химия. Следует отметить здесь вкратце важнейшие моменты ее дальнейшего развития, в процессе которого три указанных направления тесно переплелись между собой. Успехи аналитической химии дали возможность ближе подойти к изучению состава растительного организма, с одной стороны, и состава окружающей его среды—с другой. Выяснилось, что, кроме С, к-рый растение берет из С0₂ воздуха, ему необходим ряд минеральных элементов, к-рые оно извлекает из почвы. Исследования в области питания растений привели к коренному изменению одной из древнейших отраслей производства—земледелия, а потребности рационального земледелия, в свою очередь, вызвали ряд в высшей степени важных исследований как в области физиологии растений, так и в области химии. Исследования в области дыхания привели к заключению, что, в противоположность долго державшемуся мнению, растения дышат так же, как и животные, т. е. поглощают О и выделяют С0₂. Под действием солнечных лучей происходит, наряду с дыханием, обратный процесс (ассимиляция С0₂ с выделением О), и в зависимости от внешних условий последний процесс может полностью покрыть первый. Химизм дыхания в значительной мере выяснен благодаря успехам учения о медленном сгорании, или самопроизвольном окислении (см. Аутооксидация), с одной стороны, и учения о ферментах (см.)—с другой. Развитие учения о ферментах началось с изучения спиртового брожения и долго вращалось около него. Успехи, достигнутые в построении микроскопа, дали возможность изучать такие тела, к-рые невидимы для невооруженного или плохо вооруженного глаза. Оказалось, что fermentum Ван-Гельмон-та есть собрание живых одноклеточных организмов, которые питаются сахаром как источником С, живут, размножаются и умирают. Без участия живых клеток нет брожения, так как брожение есть проявление жизнедеятельности клетки. Так возникла виталистическая теория брожения, которая нашла в лице великого франц. химика Па-стера своего наиболее яркого выразителя. Правильность виталистической теории оспаривал известный нем. химик Либих, к-рый противопоставлял ей хим. теорию брожения. По этой теории, ферментом является хим. тело, к-рое, разлагаясь само, вызывает этим разложение других тел, способных к брожению. При построении своей теории Либих опирался на тот факт, что к половине XIX в. был уже известен ряд т. н. растворимых ферментов, к-рые могли быть извлечены из животного и растительного организма водой: пепсин, к-рый переваривает белок, диастаза, к-рая превращает нерастворимый крахмал в растворимый сахар, инвертин, к-рый превращает тростниковый сахар в смесь глюкозы и левулезы и т. д. Если в клетках есть фермент, к-рый превращает крахмал в сахар, то почему в них не может быть фермента, превращающего сахар в спирт и углекислоту? Либих, к сожалению, не мог подтвердить своих взглядов прямым образом, тогда как экспериментальные данные Пастера были незыблемы. Только в 1897 г. Бухнеру (Buchner) удалось высоким давлением извлечь из дрожжей сок, к-рый не содержал живых клеток, но тем не менее быстро сбраживал сахар. Этим было доказано, что дрожжевая клетка сбраживает сахар не потому, что она сама фермент, а потому, что она содержит фермент—хим. тело, производящее определенное хим. действие. Монистическое понимание ферментативных процессов стало возможным в Б. х. лишь после того, как, благодаря успехам физ. химии, было установлено, что между ферментативными процессами и каталитическими нет никакой принципиальной разницы. В качестве катализатора фермент ускоряет хим. реакции, протекающие в организме. Значение этого ускорения безмерно, т. к. им обусловливается темп жизни. Без содействия пищеварительных ферментов превращение крахмала в сахар, белка в пептон под влиянием воды требовало бы не десятков минут как теперь, а десятков месяцев; без дыхательных ферментов организм задохся бы в атмосфере О. Изучение ферментов и их действий, к-рое за последние 30 лет сделало огромные успехи, привело в короткое время к частичному выяснению механизма обмена веществ. Как на один из наиболее ярких примеров можно указать на вопрос о ненормальном ходе углеводного обмена веществ, известном под именем сахарной болезни. При этой болезни сахар недостаточно быстро сгорает в организме и, циркулируя в крови, производит ряд расстройств. Недавно было установлено, что водная вытяжка из определенных участков поджелудочной железы, известных под именем островков Лангерганса, обладает почти чудодейственным свойством в кратчайший срок понижать количество сахара в крови. Содержащееся в этой вытяжке вещество под именем инсулина получило большое применение в медицине. В нормальном состоянии железа выделяет в кровь инсулин в количестве, достаточном для полного регулирования углеводного обмена веществ. При расстройстве этой железы получается сахарная болезнь. Подобные же нормальные выделения—внутренние секреции—найдены и для других желез. Надпочечная железа выделяет адреналин, щитовидная—тироксин и т. д. Последние два вещества теперь готовятся искусственно и широко применяются в терапии. Не менее важны успехи, достигнутые Б. х. в области нормального питания животного организма. Установлено, что углеводы, белки и жиры сами по себе еще недостаточны для поддержания организма в нормальном состоянии. Нужен еще целый ряд дополнительных веществ, к-рые находятся в свежих плодах, молоке и т. д. Вещества эти получили названия витаминов (см.). Большое значение, к-рое Б. х. приобрела среди других дисциплин, выдвигает на первый план и вопрос о методах преподавания ее. В течение долгого времени, в связи с теорией витализма (см.), считалось, что органические составные части живых существ представляют собой особые вещества, которые создаются только живыми организмами и не могут быть искусственно воспроизведены. Б. х. поэтому ставила себе основной задачей изучение химич. состава организмов; в соответствии с этим в преподавании Б. х, главное внимание уделялось описанию органических веществ; хим. же процессам, совершающимся в живом организме, отводилось второстепенное место. Но огромные успехи, осуществленные в органической химии во второй половине XIX в., коренным образом изменили взгляды на этот вопрос. После того, как удалось воспроизвести чисто хим. путем сахара, пептоны и другие вещества, считавшиеся до тех пор исключительным достоянием живых существ, изучение природы органических составных частей клетки стали относить к области органической химии, а Б. х. занялась выяснением взаимодействия этих составных частей, т. е. процессов, совершающихся в живом организме. Так как большинство этих процессов протекает каталитически, то учение о ферментах и их действиях является теперь центральным пунктом в преподавании биологической химии. Некоторые преподаватели делят курс биологической химии на две части: описательную Б. химию и динамическую, при чем первая часть служит подготовительным курсом для второй. В большинстве заграничных ун-тетов до самого последнего времени не существовало отдельных кафедр Б. х.; преподавание ее велось параллельно с курсом физиологии. Лишь за последние годы началось разделение этих двух дисциплин, и учреждены специальные кафедры и курсы. В России же Б. х. давно выделена в отдельный предмет ун-тетского преподавания на мед. факультетах: курс ее первоначально назывался «медицинской химией»; в последнее время, соответственно изменившемуся содержанию и задачам дисциплины, принято название биологической или физиологической химии; на др. факультетах (физико-математических, педагогических) специальные курсы биологической химии вводятся лишь в самое последнее время.—Исследования по Б. химии ведутся как за границей, так и у нас, частью в биохим. лабораториях высших учебных заведений, частью в специальных исследовательских институтах. Особенной известностью пользуются—Биохимический институт К. Нейберга (С. Neuberg), входящий в состав Kaiser Wilhelm Institut'a в Берлине, институт Гопкиыса (Hopkins) в Кембридже (Англия) и некоторые другие. В СССР имеются только два специальных исследовательских ин-та по Б. х.—Биохимический ин-т НКЗдр. в Москве и Биохимический институт в Харькове. Как весьма молодая наука, насчитывающая всего несколько десятилетий самостоятельного существования, Б. х. лишь в немногих странах имеет специальные об-ва, объединяющие работников в этой области. Из таких об-в можно указать: «Biochemical Society» (Англия) и «Societe de Chimie biologique» (Франция). Большей же частью биохимики примыкают к более старым и мощным физиологическим, химическим и естественно-историческим обществам. Лит.: Макеев И. А., Краткий курс биологической химии, вып. 2, М.—П., 1924; Палладии А. В., Учебник физиолог, химии, Харьков, 1927; Журналы: Zeitschritt d. physiologischen Chemie, Biocliemische Zeitschrift, Biochemical journal, Journal of biol. chemistry, Bulletin de la societe de chimie biologique, Journal ol biochemistry; Oppenhei-mer C, Handbuch d. Biochemie, 2 Aufl., Jena, 1923—28; Abderhalden E., Lehrbuch d. physiologischen Chemie, В.—Wien, 1921. А.Бах.

• БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, методы качественного и количественного определения физиологических и фармакологических средств на основании их действия на живой организм. Некоторые Б. р. весьма чувствительны и применяются, когда количество материала, подлежащего анализу, слишком ...
• БИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, отрасль прикладной гидробиологии, позволяющая установить степень загрязнения воды и находящая в наст, время широкое применение в области сан. практики. Б. а. исхо- Рисунок 1. Продукция дна реки Москвы ...
• БИОЛОГИЧЕСНИЙ МЕТОД ОЧИСТНИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащих органические вещества (в широком значении), охватывает все те способы, при к-рых используются микробиальные, био-хим. процессы (распада и минерализации органического вещества), в к-рых активное или пассивное участие принимают разнообразные ...
• БИОЛОГИЯ. Содержание: I. История биологии.............. 424 Витализм и машинизм.—Возникновение эмпирических наук в XVI—XVIII вв.— Возникновение и развитие эволюционной теории.— Развитие физиологии в XIX в.—Развитие ...
• БИОМАЛЬЦ, жидкий солодовый экстракт («мальц-экстракт»), к которому прибавлены фосфорнокислые соли. Благодаря приятному вкусу, охотно принимается детьми. Назначается как антирахитическое и питательное средство по 1—2 чайных ложки в молоке два раза ...