Biokémia

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search

A biokémia (régiesen életvegytan vagy orvosvegytan) az élő szervezetek kémiai felépítését és a bennük végbemenő kémiai változásokat tanulmányozó tudományterület. Célja annak megállapítása, hogy az életjelenségek hogyan függnek össze az élő anyagban végbemenö kémiai változásokkal, azok energetikai viszonyaival és milyen szabályzó mechanizmusok állnak az események mögött. [1]

A biokémia tárgya[szerkesztés]

Antonine Lavoisier

A biokémia a biológia és a kémia összeolvadásából jött létre, amelyben igyekszik a kémia szemszögéből vizsgálni és megérteni a biológiai rendszerek működését. Szemléletmódjában a kémiai ismereteket építi be a biológiai tudományba miközben a következő kérdésekre keresi a választ:[2][3]

  • milyen elemekből és molekulákból épül fel az elő szervezet;
  • milyen az elő szervezetek átfogó kémiai szervezettsége;
  • milyen kémiai folyamatokban és hogyan keletkeznek, alakulnak át vagy bomlanak le ezek a vegyületek az elő szervezetben és milyenek az energetikai viszonyai;
  • milyen mechanizmusok szabályozzák az átalakulások sebességét, irányát és arányát;
  • az élet jellegzetes tulajdonságai és törvényszerűségei hogyan függnek össze az élő anyag kémiai tulajdonságaival és törvényszerűségeivel;
  • mi az elő szervezet önfenntartásának és reprodukciójának termodinamikai alapja.
    Friedrich Wöhler

A biokémia kialakulásának és fejlődésének főbb állomásai[szerkesztés]

Albert Edelfelt: Pasteur a laboratóriumában c. festménye
Szent-Györgyi 1948-ban

Az emberiség erjesztési folyamatokat, mint empirikus biokémiai eljárásokat már ősidöktől kezdve felhasznált. Történelme során könyvtárakat megtöltő ismeretanyagot gyűjtött össze kémiában, biológiában, orvoslásban de ennek ellenére a 18. század végéig nem alakultak ki a feltételek az önálló biokémia tudományág megszületéséhez. Ebben elsősorban nem a tárgyi ismeretek hiánya játszott szerepet, hiszen Paracelsus (1493–1541) orvos-kémikus fellépése óta ismert volt a kémia jelentősége a szervezet működésében és az a nézet, hogy ezeket a kémiai folyamatokat kívülről beadott vegyületekkel befolyásolni lehet. Sajnálatos módon jelentős akadálya volt a biokémia kialakulása szempontjából az a filozófiai szemlélet, amely nem ismerte fel a világ anyagi egységét, ami az élő anyagot másnak tekintette, mint a nem élőt, amely szerint az életfolyamatokra nem érvényesek a természet törvényei. Márpedig a biokémia pontosan az életfolyamatokat, azok materiális alapjait tette vizsgálata központi kérdésévé. Talán az első figyelemre méltó mérföldkő a biokémia fejlődésének útján Lomonoszov munkája, amelyben az energia megmaradás törvényét egyaránt alkalmazta az élő és élettelen világra és amely ily módon egy új felfogás kezdetét jelentette a tudományban. Ezt követően Antoine Lavoisier kísérletesen kimutatta, hogy az élő szervezet által termelt hő ugyanakkora, mintha a tápanyagot az élőn kivül égetnénk el. Majd Friedrich Wöhler 1828-ban oxálsavat és karbamidot előállítva igazolta hipotézisét, miszerint szervetlen kiindulási anyagokból elő lehet állítani szerves anyagot és nem szükséges valami különleges vis vitalis (életerő) az élő anyag keletkezéséhez. Wöhler dogmákat döntő kísérleti eredményei megnyitották az utat a biokémia gyors fejlődéséhez. A szakirodalomban a biokémia kezdőpontjának általában 1866-ot tekintik, amikor Németországban Felix Hoppe-Seyler vezetésével megalapították az első biokémia tanszéket. A 19. században felgyorsult szerves kémiai kutatások eredményei alapján számos, az élő szervezetben előforduló anyag szerkezete vált ismertté, lehetőséget teremtve a biokémiai folyamatok és átalakulások vizsgálatára. Louis Pasteur elsőként bizonyította az aerob és anaerob anyagcsere létét. A tej erjedéséről írt dolgozatában (1857) kimutatta, hogy a cukor tejsavvá alakulását az élesztősejtek idézik elő, a kémiai átalakulás tehát egy életfolyamattól függ.[4] Továbbá az alkoholos erjedést vizsgálva felhívta a figyelmet az élő szervezetek folyamatait katalizáló enzimek jelentőségére.[5] Pasteur egyik tévedéseként az általa fermentnek nevezett enzimeket még az élő sejt struktúrájától elválaszthatatlan alkotóelemeknek írta le és csak később, (1897) Hans Buchner és Eduard Buchner közös munkája eredményeként sikerült ezt a vitalisztikus dogmát megcáfolni. A biokémia történetében először a két Buchner bizonyította kísérlettel, hogy az erjedés sejtmentes rendszerben, izolált enzimek segítségével is végbemehet, útjára indítva ezzel a biokémia egyik meghatározó szakterületét az enzimológiát.[6] Ezt követően (1894) Hermann Emil Fischer Nobel-dijas német kémikus, a proteinek szerkezetének és aminosav összetételének vizsgálata során jutott el arra a megállapításra, hogy enzimek és a hozzájuk kapcsolódó szubsztrátok térszerkezetileg úgy illenek egymásba, mint a kulcs a zárba.[7][8]

A 20. század eleje a biokémia divatjának is mondható vitaminok kutatásának időszaka volt. A technikai lehetőségek az egyre nagyobb fordulatszámot elérő preparatív centrifugák, majd 1925-ben Theodor Svedberg által bevezetett analitikai centrifuga, nagyban hozzájárult a sejtmentes rendszerek alkotórészeinek szétválasztásához és a makromolekulák vizsgálatához.[9] A kémia területén érzékeny analitikai módszerek kerültek kifejlesztésre, amelyek lehetővé tették az egyes enzimek által felhasznált szubsztrátok és termékek kémiai analízisét, az enzimaktivitás mérését. Mivel az élő rendszereket az is jellemzi, hogy a bennük végbemenő reakciók pontosan szabályozottak az enzimek szintjén ezért a figyelem a szabályozásban résztvevő molekulák felé irányult. Így derült fény a vitaminok szerepére a szabályozásban, a táplálkozásban, miszerint azok hiánya hiánybetegségek kialakulásához vezet. Még a 20. század első felénél maradva, ez az az időszak amelyben lázas kutatómunka folyt annak kiderítésére, hogy milyen energia-termelő folyamatok zajlanak le a szervezetben? Bár ez a kérdés már sokkal korábban felvetődött de a megoldás váratott magára. A késedelem abból fakadt, hogy az energiatermelésben résztvevő enzimeket a sejtektől és sejtalkotóktól mentes szűrletben keresték, a korábbi gyakorlatnak megfelelően. Ezzel szemben, az energiatermelés enzimei a mitokondriumokban szigorúan meghatározott struktúrában elrendeződve, membránokhoz kötött állapotban fordulnak elő. Szent-Györgyi Albert volt az első, aki munkatársaival Szegeden a megfelelő kísérleti technika alkalmazásával izomszövetben megfigyelte, hogy bizonyos di- és trikarbonsavak nagymértékben felgyorsítják a sejtlégzés intenzitását. Ez a változás az oxigén fogyasztásának és a széndioxid felszabadulásának növekedését eredményezte. A munka további folytatása Hans Adolf Krebs nevéhez fűződik aki az egyes lépéseket kibővítette és körfolyamatba helyezte, majd 1937-ben felírta a helyes feltételezést a trikarbonsav körfolyamatra, amelyet citrátkör vagy Szent-Györgyi–Krebs-ciklus néven ismerünk.[10]
A sejtek legföbb energiatermelő folyamatának a citrát-kör egyes lépéseinek megismerése után a szervezet legtöbb energiát felhasználó mechanizmusának, az izomösszehúzódás biokémiai folyamatának felderítése került Szent-Györgyi és munkatársai érdeklödésének középpontjába. Ennek eredményeként, Szegeden sikerült tiszta állapotban előállítani az izommiozint (1941), majd egy évvel később, ugyanabban a laborban Straub F. Brunó tisztitotta és identifikálta az actint, az izom vékony filamentumának fő fehérje komponensét, ezzel nagyban hozzájárulva az izomrost összehúzódásának molekuláris szintű megértéséhez. Ezeknek az eredményeknek a tudományos értéke vetekszik a Nobel-dijjal jutalmazott, citrátkör felderítésében elért eredményekkel. [11] [12][13]

Biomolekulák[szerkesztés]

Proteinek[szerkesztés]


Szénhidrátok[szerkesztés]


Lipidek[szerkesztés]


Nukleinsavak[szerkesztés]


A biokémia alkalmazási területei[szerkesztés]

A biokémia, a definíciója szerint a biológiai rendszerekben végbemenő kémiai folyamatok megérésére törekszik. Ebből a definícióból következik, hogy minden olyan más alap- és alkalmazott tudomány, amelyben ez a kérdés kisebb vagy nagyob mértékben felmerül, alkalmazza a biokémiai eredményeit, és vizsgálati módszereit. Az alkalmazási területek száma és spektruma rendkívül széles és így a biokémia alapját vagy részét képezi az orvos- és gyógyszerésztudománynak, az állattenyésztésnek, növénytermesztésnek, élelmiszeripari technológiáknak, ökológiának, és előfordul a vízgazdálkodásban de még a műszaki tudományokban, vegyiparban is.[14]

Források[szerkesztés]

  1. Berg, J. M., Timoczko, J. L., Stryer, L.: Biochemistry. W. H. Freeman and Company, New York, 2012. 7. kiadás, 1-4 oldal, ISBN 13: 9781429229364
  2. Nelson, D. L., Cox, M. M.: Lehninger Principales of biochemistry. W. H. Freeman and Company, New York, 2008. 5. kiadás. 1-36. oldal, ISBN-12: 978-0-7167-7108-1
  3. Dominiczak, M., Baynes, J.: Medical biochemistry. Mosby, London Edinburg New York, Philadephia, Sidney, Toronto, 1999. 1-4. oldal, ISBN 0 7234 3012 8
  4. Schhott H.: A medicina krónikája. Officina Nova, 1993. 300. oldal, ISBN 963 8185 84 8
  5. Nelson, D. L., Cox, M. M.: Lehninger, Principales of biochemistry. W. H. Freeman and Company, New York, 2008. 5. kiadás. 184. oldal, ISBN 978-0-7167-7108-1
  6. Stryer L.: Biochemistry. W.H. Freeman and Company, New York, 3. kiadás 1975. 349. oldal, ISBN 0-7167-1920-7
  7. Nelson, D. L., Cox, M. M.: Lehninger Principales of biochemistry. W. H. Freeman and Company, New York, 2008. 5. kiadás. 189. oldal, ISBN 978-0-7167-7108-1
  8. Voet D., Voet J. G.: Biochemistry. John Wiley & Sons, INC. New York, Chichester, Brisbane Toronto, Singapore, 1995. 2. kiadás, 844. oldal, ISBN 0-471-58651-X
  9. Voet D., Voet J. G.: Biochemistry. John Wiley & Sons, INC. New York, Chichester, Brisbane Toronto, Singapore, 1995. 2. kiadás, 97. oldal, ISBN 0-471-58651-X
  10. Lásztity Radomir: Az élelmiszer-biokémia alapjai.Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1981. 110. oldal.
  11. Straub F.B., Feuer G. L.: Effect of drugs on actin. Nature. 1948. 162. 217p.
  12. Rall, JA.: Generation of life in a test tube: Albert Szent-Gyorgyi, Bruno Straub, and the discovery of actin. Adv. Physiol. Educ. 2018. 42. 277-288.
  13. Voet D., Voet J. G.: Biochemistry. John Wiley & Sons, INC. New York, Chichester, Brisbane Toronto, Singapore, 1995. 2. kiadás, 1244. oldal, ISBN 0-471-58651-X
  14. Lásztity Radomir: Az élelmiszer-biokémia alapjai. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1981. 7. oldal.

További információk[szerkesztés]

Wikiszótár
Nézd meg a biokémia címszót a Wikiszótárban!