Биологическая химия или предбиология

Биологическая химия как интегративное направление на стыке биологии и химии берет свое начало в самом конце XIX века. Уже на рубеже веков были открыты и синтезированы сложные органические соединения, играющие важнейшую роль в строении и функционировании клетки. Были изучены белки, уровни их организации и их функции, липиды, их энергетическая и мембранная функции, структурная и энергетическая функции углеводов. Нуклеиновые кислоты начали активно изучаться лишь после того, как в 1953 году английский кристаллограф Ф. Крик и американский биохимик Д. Уотсон методами рентгеноструктурного анализа установили пространственную структуру молекулы, несущей в себе информацию о наследственных свойствах организмов – дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК).

Химия сделала очень многое для вскрытия природы биологических процессов. Ею выявлена роль:

- хлорофилла в фотосинтезе;

- гемоглобина как основы процесса дыхания;

- химическая природа работы мозга и передачи нервного возбуждения;

- энергетика внутриклеточных процессов и в организме;

- материальные основы регулятивного и наследственного механизмов;

- структура, строение и функции нуклеиновых кислот и других сложных соединений, входящих в состав клетки.

Огромное значение химические исследования имеют для выявления клеточного метаболизма (обмена веществ) - совокупности большого числа сопряженных химических реакций, которые протекают синхронно, в строгой последовательности. В результате образуются длинные цепи реакций, способствующих самосохранению и самовоспроизведению всех организмов.

Химией установлена решающая роль катализа в самоорганизации жизни на предбиологической стадии эволюции материи. В процессе перехода к простейшим формам жизни происходил дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для биосистем. Из 110 известных нам химических элементов, в космосе господствуют только 2 элемента – водород и гелий. Для строительства биосистем природа использовала:

- 6 наиболее важных элементов - органогенов ( C, H, O, N, P, S);

- 12 элементов, которые принимают участие в некоторых процессах – натрий, калий, кальций, магний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель;

- 20 – которые участвуют в построении и функционировании отдельных узкоспецифических систем.

Наиболее распространенными из органогенов являются С, О и Н, доля остальных невелика.

Строгий отбор элементов для строительства биосистем предъявляет особые требования к элементам-органогенам:

- способность образовывать прочные энергоемкие связи;

- лабильность т.е. способность к образованию различных связей.

На этом основании углерод, способный к образованию прочных и разнообразных химических связей, созданию разнообразных соединений с другими элементами и длинных цепей, был «отобран» природой как органоген номер 1. Он стал основным строительным материалом живого вещества.