БСЭ - Большая Советская энциклопедия (Би)
Вся совокупность химических реакций, протекающих в организмах, включая усвоение веществ, поступающих извне (ассимиляция), и их расщепление (диссимиляция) вплоть до образования конечных продуктов, подлежащих выделению, составляет сущность и содержание обмена веществ — главного и постоянного признака всего живого. Понятно, что изучение обмена веществ во всех деталях — одна из основных задач Б. Биохимические исследования охватывают очень широкий круг вопросов: нет такой отрасли теоретической или прикладной биологии, химии и медицины, которая не была бы связана с Б., поэтому современная Б. объединяет ряд смежных научных дисциплин, ставших с середины 20 в. самостоятельными.
Накопление биохимических сведений и формирование Б. в 16—19 вв. Б. сформировалась как самостоятельная наука в конце 19 в., хотя истоки её относятся к далёкому прошлому. С 1-й половины 16 в. и до 2-й половины 17 в. свой вклад в развитие химии и медицины вносили ятрохимики (химики-врачи): немецкий врач и естествоиспытатель Ф. Парацельс, голландские учёные Я. Б. ван Гельмонт, Ф. Сильвий и др., занимавшиеся исследованием пищеварительных соков, жёлчи, а также процессов брожения (см. Ятрохимия). 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 принятых ятрохимиками положений была наивной, полной заблуждений; однако нельзя забывать, что научной химии тогда ещё не существовало. Наиболее общей теорией, господствовавшей в науке того времени, была теория т. н. 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».
Великие 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 голландский ботаник Я. Ингенхауз смог описать постоянное образование растением СО2 и выделение на солнечном свету зелёными частями растения кислорода. Опытами Ингенхауза было положено начало исследованию дыхания растений и процессов фотосинтеза, детальное изучение которых продолжается и в настоящее время.
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 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 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, жиры и 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.
