Глава 2. Биомолекулы и биохимические методы
Роберт Марри
ВВЕДЕНИЕ
Эта глава состоит из пяти основных разделов. В первом разделе рассматриваются состав организма и основные классы молекул, из которых он построен. Об этих молекулах будет идти речь на протяжении всей книги.
Основной структурной и функциональной единицей биологических систем является клетка. Именно в клетках протекает большинство химических реакций. Поэтому во втором разделе приведена краткая характеристика компонентов клетки и способов их выделения; значительная часть этой книги будет посвящена детальному описанию функций этих компонентов.
Задача третьего раздела вытекает из того обстоятельства, что биохимия является экспериментальной наукой. Очень важно понимать и уметь оценивать различные экспериментальные подходы и методы, используемые в биохимии, чтобы ее изучение не свелось к простому зазубриванию. Кроме того, биохимия — это не застывший свод непреложных знаний, а постоянно развивающаяся наука. Как и в других областях биомедицинских знаний, ее успехи в значительной степени зависят от новых экспериментальных подходов и прогресса в технологии.
В четвертом разделе кратко суммированы достижения биохимии.
Таблица 2.1. Приблизительный элементный состав организма человека (в процентах к сухому весу)
Общий взгляд на всю эту науку в целом позволит читателю лучше ориентироваться в представленном материале.
Наконец, задача пятого раздела — показать, насколько ограничены наши знания во многих областях биохимии; это, в частности, касается процессов развития организма, дифференцировки тканей, функционирования мозга, причин возникновения рака и других болезней человека. Возможно, это обстоятельство возбудит у читателей желание внести свою лепту в развитие упомянутых областей исследования.
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Примерный элементный состав организма человека представлен в табл. 2.1. Большинство биомолекул состоят в основном из углерода, кислорода, водорода и азота. Важным компонентом нуклеиновых кислот и других молекул является фосфат; в ионизированной форме он широко представлен в организме человека. Ключевую роль в многочисленных биологических процессах играет кальций; этот вопрос находится в центре внимания многих современных исследований. Элементы, перечисленные в третьем столбце таблицы, выполняют множество различных функций. Со многими из них приходится почти ежедневно сталкиваться в медицинской практике, например в тех случаях, когда у больных нарушен баланс электролитов 
наблюдается анемия, связанная с недостатком железа 
или заболевания щитовидной железы 
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ПРИРОДНЫХ БИОМОЛЕКУЛ
Как видно из табл. 2.2, основными сложными биомолекулами, присутствующими в клетках и тканях высших животных (включая человека), являются ДНК, РНК, белки, полисахариды и липиды. Эти сложные молекулы построены из простых биомолекул, которые также перечислены в таблице. Строительными блоками ДНК и РНК (вместе они известны как нуклеиновые кислоты) служат дезоксирибонуклеотиды
Таблица 2.2. Основные сложные органические биомолекулы, присутствующие в клетках и тканях. Нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды являются полимерами, которые построены из блоков, также указанных в таблице. Липиды, вообще говоря, не являются биополимерами, и не во всех случаях в качестве их строительных блоков используются жирные кислоты
и рнбонуклеотиды соответственно. Строительными блоками белков являются аминокислоты. Полисахариды построены из простых углеводов; в частности, гликоген (главный полисахарид, присутствующий в тканях человека) построен из глюкозы. Строительными блоками липидов можно считать жирные кислоты, хотя липиды и не являются полимерами жирных кислот. ДНК, РНК, белки и полисахариды называют биополимерами, поскольку они состоят из повторяющихся строительных блоков (мономеров). Эти сложные молекулы составляют существенную часть «вещества жизни»; большая часть этой книги будет в основном посвящена описанию различных свойств биомолекул — как биополимеров, так и мономеров. Подобного же типа сложные молекулы присутствуют и в низших организмах, хотя их строительные блоки в некоторых случаях, как это видно из табл. 2.2, могут быть несколько иными. Например, бактерии не содержат гликоген и триацилглицеролы, зато содержат другие полисахариды и липиды.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Мы уже привели элементный состав организма человека. Его химический состав представлен в табл. 2.3. Основными компонентами являются белки, жиры, углеводы, вода и минеральные вещества; при этом наибольшая часть приходится на долю воды, хотя ее содержание в разных тканях существенно различается. Вода — это полярное соединение, способное образовывать водородные связи; именно благодаря этим своим свойствам она является идеальным растворителем в организме человека.
