Биологиялық химия

 

Биохимия

 

Биологиялық химия –  тірі орагнизмдердің химиялық құрамын, ондағы биохимиялық қосылыстардың  синтезделіну жолдарын, заңдылықтары мен қасиеттерін, молекулалық құрамын, клеткалардың биологиялық, биохимиялық  және физиологиялық қызметін зерттейтін ғылым. Организмдегі биохим. процестер үш түрлі бағытта зерттеледі: статикалық Биохимия – организмнің химиялық құрамын анықтайды; динамикалық Биохимия- организмдегі биохимиялық қосылыстардың бір түрден екніші түрге айналу жолдарын зерттейді; функционалдық Биохимия – тіршілік  әрекетіне арқау болатын химиялық құрылымдарды, процестерді зерттейді. организмдегі қоректік заттарды сіңіруінен (анаболизм) бастап, олардың толық ыдырауына (катаболизм) дейінгі биохимиялық реакциялардың барлығы – бүкіл тірі организмдердің басты және тұрақты белгісі – зат алмасуға негізделген. Сондықтан да организмдегі зат алмасу, яғни метаболизм процестерін терең зерттеу Биохимияның негізгі міндеттерінің бірі. Биохимия биологиялық химия, медицина ғылымдарымен тығыз байланыста дамиды. Ол жеке ғылым ретінде 19ғ-дың аяқ кезінде қалыптасты. 20 ғ-дың басында Биохимия адам Биохимиясы (оған медицина Биохимиясы да кіреді), өсімдіктер Биохимиясы, жануарлар Биохимиясы, микроорганизмдер Биохимиясы болып бөлінеді. Биохимиялық зерттеулер Қазақстанда 20 ғ-дың 30 жылдары Алматы зоотехникалық – малдәрігерлік институтында (қазіргі Аграрлық университеті) және қазіргі Қазақ мемлекеттік медицина университеттерінде Биохимия кафедралары ашылғаннан  кейін басталды. Қазіргі кезде Биохимия сааласындағы жүйелі зерттеулермен «Биоген» жабық акционерлік қоғамы, Микробиология және вирусология институты, Онкология және радиология ғылыми-зерттеу институты, Гигиена және эпидермиология ғылыми-зерттеу орталығы, Ұлттық академиялық аграрлық зерттеу орталығының институттары, медицина, а.ш. оқу орындары айналысады. өсімдік белогы және оның биохимиялық қасиеттері ашылып, бидай, т.б. бағалы тағамдық дақылдардың құрамындағы белок мөлшерін молайту жолдары анықталады. Дәрілік-техникалық, илік өсімдіктердегі қосалқы заттар Биохимиясы зерттелді. Өсімдік химиясы қалыптасып, дәрілік, тағамдық, хош иісті заттар, арнайы препараттар алынды. Витанминдер Биохимиясы, бұғақ ауруы мен қан ұю әсерінен туатын Биохимиялық өзгерістер зерттелді. Гимтохимия мәселелері, миоглобин белоктары, тотығу – тотықсыздану процестеріне қатысатын ферменттер Биохимиясы, Қазақстанның шөл-шөлейтті жерлері мен таулы өңірінде өсетін өсімдіктер Биохимиясы дамытылды. Гипоксия (оттегі жетіспеуі) кезінде адамға қажетті белок, май, көмірсулар, витамин мөлшерлері анықталды. Қой организміндегі биохимиялық өзгерістер, төл организміндегі зат алмасу процесі зерттелді, малда сүт шығару механизмі ашылды. Сиыр мен бие сүтіндегі белоктар, липилтер зерттеліп, осының нәтижесінде төлдің тіршілікке биімділігін арттыру шаралары белгіленді. Аусыл, сарып, эхиноккоз, ценуроз патогенезіне биохимиялық тұрғыдан сипаттама берілді. Эукариоттық клеткаларда кездесетін клеткалық бөлшектердің жаңа класы – ақпараттық рибонуклеин қышқылы (аРНҚ) ашылды. Биохимия саласындағы зерттеулерді негізінен Молекулалық биология және биохимия ғылымдары зерттеу институттары үйлестіріп отырады.

 

Биогеохимия

 

Биогеохимия – биосферада организмдердің қатысуымен жүретін геохим. процестерді зерттейтін ғылым саласы, геохимияның бір бөлімі. Тірі организм өз тіршілігінде түрлі хим. элементтерді бойына сіңіреді, ал ол өлген соң бұл элементтер ыдырайды, шашырайды немесе белгілі бір орынға шоғырланады. Жер бетінде тірі организмдер біркелкі тарамаған, кейбір тіршілік ортасында олардың белгілі бір тобы көп жиылады. Бұған мұхиттар мен теңіздегі планктон, құрлықтағы қалың орман мен шалғындар, ылғалы мол қара топырақты жерлердегі шірінді мен шымтезек, халықтың бір жерде тығыз, бір жерде сирек орналасуы мысал болды. Тірі заттың негізгі массасы - өсімдіктерде. Олар жерге түсетін күн энергиясының 1℅ - ке жуығын сіңіреді. Биогеохимиялық процестердің қарқыны организмдердің шапшаң көбеюіне байланысты. Тірі дене құрамының негізгі массасы хим. элементтердің аз ғана тобынан құралады. Бұларға биосфера жағдайында оңай қозғалып, тез қосылыстар түзуші: СО₂, NН₃ сияқты газдар, су, Н⁺, ОН^-, NО₃^- – SО²₃^-, РО³₄^-, Nа⁺, К⁺ иондары, т.б. жатады. Организмдер тіршілік ортасында белгілі бір элементтер тобының хим. қосылыстарын ғана сұрыптап сіңіру арқылы геохимиялық функция атқарады. Олардың қаңқасын құруға кальций оксиді қатысады. Организмдердің тікелей қатысуымен диатомит, әктас, көмір, мұнай пада болады. Жасыл өсімдіктер фотосинтезінен оттек бөлінеді. Микроорганизмдер темір, марганец, т.б. элементтер қосылыстарының тотығуына да қатысып, оларды тұндырады, сульфаттарды, тотықсыздандырып, күкірттің биогендік кендерін түзеді. Тірі организм геохим. процестердің сипатын, элементтердің шоғырлану ортасын өзгертіп отырады. Тіршілік ортасы организмдер құрамына да әсер етеді, ал организмдер хим. элементтердің биогендік шашырауына (миграциясына) себепші болады, олардың (көміртектің, оттектің) изотоптық құрамын да өзгертеді. Адамның атмосфера, биосфера және жер қыртысының изотоптық құрамына тигізетін әсері ұдайы артып келеді

 

Биотехнология

 

Биотехнология (био және технология) – тірі организмдерді және биологиялық жүйелер мен процестерді адамның мақсатына сай өндірісте қолдануға негізделген ғылым мен өндірістің жаңа саласы. Биотехнология терминін алғаш рет 1919 ж. венгр ғалымы К. Эрекли енгізді. Биотехнология-ның мәні – белоктық заттардың түзілуіне қажетті бактериалар, ашытқылар, өсімдіктер мен жануарлар клеткаларының табиғаттағы қосылыстарын пайдалана отырып, өзіндік ерекшеліктері бар жаңа қосылыстарды, метаболиттерді, биосинтетикалық заттарды синтездеуді қамтамасыз ету. Б Биотехнологияның көмегімен аса бағалы биол. активті заттар – гормондар, ферменттер, витаминдер, антибиотиктер, т.б. дәрі-дәрмектер алынады. Б Биотехнологияның жаңа салалары: генетик., клеткалық және белоктық, энзимологиялық инженерия, жануарлар, өсімдіктер және бактериялар клеткасын көбейтудің жаңа әдістері кеңінен дамуда. Мыс., медицинада лимон және амон қышқылдары, биополимерлер; энергетикада ацетонбутил қоспасы, биогаз; хим. өнеркәсіпте этанол, бутанол, этилен, сірке альдегиді, бутадиен; энзимологиялық инженерия саласында фруктоза, глюкоза; ал өсімдітер селекциясында жыныссыз жолмен (клондау) – сұлатпа, сабақ, қалемше, түйнек, пиязшық, тамырсабақ арқылы көбейетін өсімдіктер алынды. Биотехнологияның дамуы ең алдымен гендік және клеткалық инженерияға тікелей байланысты. Қазіргі кезде тек гендік инженерия ғана адамға қажетті биол. активті заттарды хим. таза күйде алуды қамтамасыз ете алады, соның нәтижесінде адамның бірқатар ауруларын (оның ішінде тұқым қуалайтын ауруларды) емдеу, ауыл шарушылығында мал өнімділігін арттыру жолға қойылды. Гендік инжернерияның өндіріске кеңінен енуі нәтижесінде маңызды белоктар алынды (мыс, инсулин, интерферон, өсу гормоны – соматотропин, түрлі вакциналар, т.б.) Микробиологияда Биотехнологияны қолдану нәтижесінде алынатын ашытқылар мен бактериялардың көмегімен синтезделетін белоктың сапасы жоғары және экон. жағынан тиімді екені дәлелденді. А. ш. –лық және тұрмыстағы қалдықтар, автомобильдерден шығатын улы заттар, өндірістен және ірі қалалардан бөлінетін лас суларды тазартуда микробиол. Биотехнологияның маңызы зор. Арам шөптерге, түрлі зиянды жәндіктерге қарсы күресуде қолданылатын пестицидтердің адам үшін зиянды екені белгілі. Сондықтан пестицидтердің орнына экол. жағынан тиімді препараттар (энтобактерин, дендробациллин, битотоксибациллин, гомелиндер, т.б.) Б. тәсілімен алынады. Топырақтың құнарлығын арттыруда да Биотехнологияның маңызы зор. Мыс., ауа азотын пайдаланып, онымен қоректенетін микроорганизмдердің (азотобактер, т.б.) көмегімен бактериялы тыңайтқыштар (нитрагин, т.б.) дайындалады. Мал ш-нда, азықтық жемшөпке құнарлығын арттыру үшін ферменттер (аминосубтилин, протосубтилин, т.б.) қосады, соның нәтижесінде жемшөпқұрамындағы күрделі қосылыстар (лигнин, целлюлоза, т.б.)  жақсы ыдырайды.

 

Биоэлектрлік  химия

 

Биоэлектрлік  химия – тірі организмдегі электрлі химиялық құбылыстарды зерттейтін ғылым саласы. Зерттеу объектісі – тірі организмдердің клеткалары мен тіндерінде жүретін биол. процестер негізінде пайда болатын биоэлектрлік потенциал. Биоэлектрлік химия Италия ғалымы Л. Гальванидің тәжірибелерінің негізінде қаланған. Ол қандай болмасын тірі организмдердің клеткаларында, тіндерінде электрлік күштің бар екенін алғаш дәлелдеді. Жүйке жүйесімен импульс жүрген кезде, фотосинтезде, энергия энергия қабылдағанда және түрленгенде иондар мен электрондар алмасады, осының себебінен клетканың ішкі бөлігі мен қоршаған ортада мембраналық потенциал ақпарат алмасуын, тотығу –тотықсыздану процестерін, т.б. реттейді. Электрохимиялық әдістер (полярография, потенциометрия, т.б.) осы процестерде алмасатын электрондар санын анықтауға, биохим. реакцияның кинетикасын, биоактивтік қосылыстардың адсорбтануын, сыртқы электр өрісінің клеткаларға әсерін, тіндердің өсуін және қалпына келуін зерттеуге мүмкіндік береді. Организмдегі биоэлектрлік потенцалды зерттеу арқылы организмдерде жүретін физ. –биохим. және физиол. процестерді білуге мүмкіндік туады. Биоэлектрлік химия әдістері медициналық клиникаларда әр түрлі ауруларды анықтауға пайдаланады (электрокардиография, электромиография, т.б).