Большая Советская Энциклопедия (БИ)

Большая Советская Энциклопедия

В конце 1-й четверти 19 в. было известно очень ограниченное количество органических веществ. В учебнике немецкого химика Л. Гмелина, изданном в 1822, упоминается лишь 80 органических соединений. Задачи и возможности органической химии в то время оставались неясными. Шведский учёный И. Берцелиус считал, что органические тела разделяются на два четко разграниченных класса — 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 витализмапозиций 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 других как природных органических соединений, так и искусственных, неизвестных в природе. Т. о. рушилась стена, отделявшая органические соединения от неорганических.

Начиная со 2-й половины 19 в. органическая химия становится всё больше химией синтетической, усилия которой направляются

на получение новых соединений углерода, особенно имеющих промышленное значение; в её задачи уже не входит исследование состава растительных и животных объектов. Эти сведения поступали случайно в результате побочной работы химиков, ботаников, физиологов растений и животных, а также патологов и врачей, включавших в круг своих интересов химические исследования. Так, 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. Содержание в скелетных мышцах молочной кислоты и её накопление при работе установил немецкий химик Ю. Либих. В 1839 он же выяснил, что в состав пищи входят белки,жирыи углеводы, являющиеся главными составными частями животных и растительных организмов. 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, сохранившую своё значение и поныне. Систематическое исследование белков было начато голландским врачом и химиком Г. И. Мульдером в 30-е гг. 19 в. и интенсивно продолжалось многими авторами во все последующие годы. 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 французский учёный Л. Пастер. Пастер пришёл к выводу, что брожение — биологический процесс, в котором обязательно участвуют живые дрожжевые клетки. Либих же рассматривал сбраживание сахара как сложную химическую реакцию. В этот спор была внесена ясность, когда русский химик М. М. Манассеина (1871) и особенно четко немецкий учёный Э. Бухнер (1897) доказали способность бесклеточного дрожжевого сока вызывать алкогольное брожение. Т. о. была подтверждена принципиальная правильность химической теории действия ферментов, которую Либих сформулировал в 1870; основные принципы этой теории сохранили своё значение и теперь.

Постепенно количество накопившихся сведений относительно химического состава растительных и животных организмов и протекающих в них химических реакций стало значительным, в связи с чем были осуществлены попытки их систематизации и объединения в учебных руководствах. 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 Б. В конце 19 века и в 20 в. развитие Б. приобрело выраженный специализированный характер в зависимости от разрабатываемой проблемы и объекта исследования. Б. растений развивалась по преимуществу на кафедрах ботаники и физиологии растений. Тесно связана с ней и Б. 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. т. н. 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 классические 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 Б. 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.

Работы С. П. Костычева (профессор Петербургского университета, позднее — ЛГУ) 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, разрабатывавший проблему биологического окисления, Д. П. Прянишников, изучавший азотистый обмен растений, В. С. Буткевич, обогативший теоретическую Б. исследованиями белков и белкового обмена растений, А. Р. Кизель, изучавший обмен аргинина и мочевины у растений и структурные элементы протоплазмы клеток, — явились создателями крупных школ и оригинальных направлений современной общей и эволюционной Б., а также физиологии и Б. растений, плодотворно развивающихся и в 3-й четверти 20 в. В 20 в. представители Б. микроорганизмов и Б. 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 микроорганизмы постепенно стали излюбленным объектом для различных энзимологических исследований и для разработки проблем биохимической генетики.

Все эти исследования создали прочную базу для разработки многих частных проблем, в том числе и промышленной Б. 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.

Техническая и промышленная Б. Потребности народного хозяйства — проблемы рентабельного получения сырья, его удобного и рационального хранения, правильной обработки и эффективного использования, а также проблемы повышения урожайности культурных растений, вопросы виноградарства и технологии виноделия, запросы пищевой промышленности — привели к созданию новых отраслей Б. — технической и промышленной Б. В СССР это направление 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 Б. катехинов, сыграли существенную роль в развитии чайного производства и дубильных веществ.

Б. животных и человека (медицинская и физиологическая химия). Большое значение для развития этой ветви Б. 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 аминокислоти витаминов в питании.

Существенный вклад в развитие Б. в конце 19 — начале 20 вв. внесли русские учёные, работавшие на кафедрах высших учебных заведений и в специализированных институтах. 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 во 2-й половине 19 и в 20 вв. 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. Подверглась всестороннему изучению Б. 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.

Крупных успехов Б. 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. Большое значение имеет проблема связи структуры и функции, которая характеризует также задачи биохимической фармакологии, когда речь идёт о лекарственных средствах и исследовании первичного механизма их действия, осуществляемого вмешательством в ферментативные реакции, составляющие основу процессов 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, получившее широкое развитие, составляет основное содержание клинической Б.

Витаминология. В лаборатории Г. А. Бунге молодой русский врач Н. И. Лунин первый описал в 1880 в составе молока добавочные факторы питания. В 1896 аналогичное наблюдение было сделано голландским врачом К. Эйкманом, описавшим присутствие важного для организма фактора в рисовых отрубях. Польский исследователь К. Функ в 1912 выделил активное начало в кристаллическом виде и назвал его витамином. Работы этого направления получили широкое развитие; постепенно были открыты многие другие витамины, и сейчас витаминология представляет один из весьма важных разделов Б., а также науки о питании.

Б. гормонов. Работы, связанные с анализом химической структуры продуктов жизнедеятельности желёз внутренней секреции — гормонов, путей их образования в организме, механизма действия и возможного осуществления лабораторного синтеза, представляют одно из важных направлений биохимических исследований. Б. стероидных гормонов — часть общей проблемы Б. стеринов. Достигнутые в этой области успехи в значительной мере связаны с использованием меченных по углероду (С¹⁴) исходных и промежуточных соединений. Самая тесная связь установилась между широким фронтом исследований белковых веществ и специальным изучением структуры и функций гормонов белковой природы. Изучение гормональной активности тех или других препаратов невозможно без глубокого анализа биохимического механизма их действия. Т. о., данные по химии и Б. гормонов в равной мере обогащают эндокринологию и Б.