Аминокислоты

  Аминокислоты – исключительно органические образования.  В каком бы виде они не встречались (в виде производных, комплексах, свободном виде и т.п.) , они могут быть обнаружены только в тканях растений или животных.

  Изначально  аминокислоты были открыты как компоненты живых тканей или соков, и лишь значительно позже они были соотнесены с белками. Начало истории химии  аминокислот связано с тремя датами:

  1806г.  – открыто первое аминокислотное  производное амид аспаргин. Он был открыт Л.Н.Вокленом и П. Робике. После отделения белков и отстаивания сока, сгущенного выпариванием, Воклен отметил образование кристаллов двух типов, которые он отсоединил друг от друга. Эти вещества, обладающие характерным кристаллическим строением, были изучены. Было показано, что при сжигании оно не дает золы, а при действии азотной кислоты выделяет азот. ⁷ Воклен и Робике отметили, что новое вещество содержит углерод, кислород, водород и азот. Они не отнесли полученное вещество ни к одному из классов (солей или кислот) и не дали ему названия.

  Название  этому веществу в 1826 году дал П. Дюлон. В том же 1826 году Л. Бэкон получил «альтеин» - вещество похожее на аспаргин.Примерно через год, А.Плиссон повторил опыты Бэкона и доказал, что альтеин и аспаргин идентичны. Позже он выделил аспаргиновую кислоту. В 1848 Р.Пириа показал, что аспаргн содержится во многих видах растений и получил ряд превращения аспаргина и его кислоты. Так же он установил, что при кипячении аспаргина с кислотами (соляной или азотной) мы получаем аспаргиновую кислоту, устойчивую к вышеперечисленным.

  1810г.  – первая аминокислота  не  связанная с белками – цистин. Открыта У.Г.Уолластоном. он изучал мочевые камни и оратил внимание на то, что в их составе присутствует вещество, растворимое и в кислотах, и в щелочах. Горело это вещество голубым пламенем и давало резкий и неприятный запах. При сухой перегонке это вещество образовывало аммиак и двуокись углерода, но не давало серосодержащих продуктов. Эта работа Уолластона была рассмотрена Берцелиусом в «ежегоднике» от 1832. В этой статье в первые появляется название «цистин».

  Сера  в составе цистина была обнаружена в 1837 Бодримоном и Малагути.

  1820г.  – выделен глицин из белкового  гидролизата  и препарат был подвергнут очистке. Выделен А.Браконно, учеником Воклена. Он выделил схожие вещества из белков тканей организма, куска говядины и шерсти.⁸ Браконно назвал это вещество лейцином и описал его свойства: кристаллизуется легче сахара, сладкий на вкус, растворим в воде. При обработке азотной кислотой это вещество давало кристаллический продукт, названный Браконно «нитросахаридной кислотой», однако азот он в составе лейцина обнаружен не был.

Углеводы 

  Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу Cm(H2O)n, т.е. углевод + вода. Например, глюкоза и фруктоза имеют формулу С(Н2О)6, тростниковый сахар (сахароза) C12(H2O)11, крахмал[С6(Н2О)5]n и т.д. В дальнейшем оказалось, что ряд соединений, по своим свойствам относящихся к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле (например, дезоксирибоза С5Н10О4). В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин «углеводы» заменить термином «глициды», однако прежнее название укоренилось и является общепризнанным.

  Тростниковый сахар можно считать первым органическим соединением, выделенным в химически чистом виде. Произведенный в 1861 г. A.M. Бутлеровым синтез (вне организма) углеводов из формальдегида явился первым синтезом представителей одного из трех основных классов веществ (белки, липиды, углеводы), входящих в состав живых организмов. Химическая структура простейших углеводов была выяснена в конце XIX в. в результате фундаментальных исследований Э. Фишера. ⁹Значительный вклад в изучение углеводов внесли отечественные ученые А.А. Колли, П.П. Шорыгин, Н.К. Кочетков и др. В 20-е годы прошлого столетия работами английского исследователя У. Хеуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.

Жиры

  Еще в 17 в. немецкий ученый, один из первых химиков-аналитиков Отто Тахений (1652–1699) впервые высказал предположение, что жиры содержат «скрытую кислоту». 

  В 1741 французский  химик Клод Жозеф Жоффруа (1685–1752) обнаружил, что при разложении кислотой мыла (которое готовили варкой жира со щелочью) образуется жирная на ощупь масса. 

  То, что  в состав жиров и масел входит глицерин, впервые выяснил в 1779 знаменитый шведский химик Карл Вильгельм Шееле.

  Впервые химический состав жиров определил  в начале прошлого века французский  химик Мишель Эжен Шеврёль, основоположник химии жиров, автор многочисленных исследований их природы, обобщенных в шеститомной монографии "Химические исследования тел животного происхождения".

  1813 г Э. Шеврёль  установил строение жиров, благодаря реакции гидролиза жиров в щелочной среде. Он показал, что жиры состоят из глицерина и жирных кислот, причем это не просто их смесь, а соединение, которое, присоединяя воду, распадается на глицерин и кислоты.

  В 1854 французский  химик Марселен Бертло (1827–1907) провел реакцию этерификации, то есть образования сложного эфира между глицерином и жирными кислотами и таким образом впервые синтезировал жир.

  Общая формула  жиров (триглицеридов) 

ДНК

  ДНК была открыта Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году. Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота . Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. ¹⁰Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию.

  Постепенно  было доказано, что именно ДНК, а  не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации. Одно из первых решающих доказательств принесли эксперименты О. Эвери, Колина Мак-Леода и Маклин Мак-Карти (1944 г.) по трансформации бактерий. Им удалось показать, что за так называемую трансформацию (приобретение болезнетворных свойств безвредной культурой в результате добавления в неё мёртвых болезнетворных бактерий) отвечают выделенные из пневмококковДНК. Эксперимент американских учёных Алфреда Херши и Марты Чейз (Эксперимент Херши—Чейз, 1952 г.) с помеченными радиоактивными изотопами белками и ДНК бактериофагов показали, что в заражённую клетку передаётся только нуклеиновая кислота фага, а новое поколение фага содержит такие же белки и нуклеиновую кислоту, как исходный фаг[2].

  Вплоть  до 50-х годов XX века точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что  ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто  не знал точно, сколько этих цепочек  и как они соединены.

  Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и «правил Чаргаффа», согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 г. Среди лауреатов не было скончавшейся к тому времени Розалинды Франклин, так как премия не присуждается посмертно¹¹.

Ферменты

  Явления брожения и переваривания известны с незапамятных времен, однако зарождение учения о ферментах (энзимология) относится к первой половине XIX в. Первое научное представление о ферментах было дано еще в 1814 г. петербургским ученым К.С. Кирхгофом, который показал, что не только проросшие зерна ячменя, но и экстракты из солода способны осахаривать крахмал с превращением его в мальтозу. Вещество, извлекаемое из проросшего ячменя и обладающее способностью превращать крахмал в мальтозу, получило название амилазы. Ю. Либих и Ф. Велер открыли агент, расщепляющий амигдалин, содержащийся в эфирном масле горького миндаля. Этот агент был назван эмульсином. В последующие годы были описаны другие ферменты, в частности пепсин и трипсин, вызывающие распад (гидролиз) белков в пищеварительном тракте.

  Наибольшее  внимание исследователей привлекали процессы окисления в организме. Уже был известен феномен химического катализа, означающий, что многие реакции in vitro протекают быстро и энергично в присутствии ничтожных количеств примесей, как будто не участвующих вреакции. Так, была установлена большая каталитическая роль ряда неорганических веществ. Горение глюкозы на воздухе, например, протекает очень медленно, а если добавить немного солей лития (или золы, также содержащей ничтожные количества лития), то горение идет весьма интенсивно:

  С₆Н₁₂0₆ + 60^2-> 6С0₂ + 6Н₂0.

  Биологические катализаторы, т.е. ферменты, как оказалось, не вызывают в отличие от неорганических катализаторов каких-либо побочных реакций и не участвуют в реакциях, невозможных по термодинамическим условиям; и те, и другие катализаторы только ускоряют химические реакции, обычно протекающие очень медленно.  

Выводы

  Успехи  биохимии не так широко афишируются  и не так быстро распространяются, как успехи квантовой механики или  ядерной физики. Но это не снижает значение этих успехов.

  Ученые  выяснили молекулярную природу основных физиологических процессов, узнали, из чего состоят живые существа, узнали назначение всех основных химических процессов, узнали как, в принципе, преобразуется энергия в биологических процессах, узнали, в общем, как синтезируются все основные вещества в организме, узнали молекулярные механизмы наследственности и изменчивости. И это все результаты развития только биохимии.