10.1: Озираючись назад
- Page ID
- 4291
Межі біохімії надзвичайно розширилися з моменту її створення. Демонстрація Вельера в 1828 році, що сечовина може синтезуватися поза живою клітиною, показала, що не існує «життєвої сили», яка відрізняла хімію життя від хімії неживого світу. Хімія - це хімія, але термін «біохімія» був придуманий в 1903 році Карлом Нойбергом для опису особливої підмножини хімічних реакцій, що відбуваються в живих клітині. Ця особливість випливає не з будь-яких винятків із законів фізики та хімії, а від того, як організовуються і регулюються хімічні реакції в клітині, а також від складності та розміру біологічних молекул.
Зіткнувшись з набагато більшою складністю, ніж у неорганічному світі, традиційна стратегія біохіміків була «розділяй і володарюй». При такому підході окремі ферменти та інші біологічні молекули очищаються від клітин, щоб їх властивості можна було вивчати ізольовано. Основна логіка цього методу, іноді описується як редукціоністський, полягає в тому, що ми можемо дізнатися про ціле, вивчаючи його окремі частини. Цей кропіткий підхід, який використовувався протягом більшої частини ХХ століття, дражнив хімічні реакції та молекулярні взаємодії, які відбуваються всередині клітин, по черзі, поступово відкриваючи вченим багато з того, що ми знаємо в біохімії сьогодні.
Зі збільшенням кількості біохімічних реакцій були розроблені, біохіміки почали бачити, що вони з'єднані між собою в ланцюги реакцій, які ми зараз називаємо метаболічними шляхами. Ці метаболічні шляхи виявилися надзвичайно схожими між клітинами у всіх царствах життя. Хоча існує кілька шляхів, які є унікальними для певних організмів, багато інших однакових або дуже схожих організмів у різних організмах, як бактерії та люди.
Також з'ясувалося, що метаболічні шляхи взаємодіють один з одним за допомогою загальних проміжних продуктів або шляхом регулювання одного шляху молекулою (ами), створеними іншими шляхами (шляхами). Показано, що схожість хімічних реакцій у всіх живих клітині поширюється на загальну енергетичну валюту, АТФ, яку клітини використовують для живлення своїх хімічних реакцій, а також механізм, за допомогою якого клітини роблять АТФ.
Метаболічні шляхи простежують перетворення молекул в клітині і являють собою роботу ферментів, якими є білки. Відкриття структури ДНК призвело до розуміння того, як інформація в генах використовувалася для направлення синтезу цих білків. Взаємодії білка і ДНК, які визначають, які гени копіюються в РНК в будь-який момент часу, були виявлені і допомогли пояснити, як клітини з однаковою ДНК прийшли експресувати різні білки. Генетичний код, а також механізми транскрипції, перекладу та регуляції експресії генів також виявилися надзвичайно схожими в клітині всіх видів, змусивши лауреата Нобелівської премії Джейкоба Монода жартувати, що те, що було правдою для E.coli, справедливо і для E.lephant.
Підхід «один компонент за раз» також допоміг біохімікам зрозуміти, як клітини відчувають зміни в навколишньому середовищі і реагують на них. Здатність відчувати умови поза околицями клітин поширюється через всі групи організмів. Навіть найпростіший одноклітинний організм може слідувати градієнтам поживних речовин, щоб наблизитися до їжі. Клітини багатоклітинних організмів можуть виявляти хімічні сигнали в крові (поживні речовини, гормони) або імпульси від нервових клітин і змінювати їх дії. Ці сигнали можуть викликати зміни в метаболізмі, рішення про поділ, померти або стати старіння, або виконання спеціалізованих функцій (наприклад, скорочення м'язів або секреція ферментів). Таким чином клітини постійно перебувають у стані.ux, коригуючи свою діяльність у відповідь на сигнали ззовні себе, а також на власні мінливі потреби.
Сила аналітичного підходу «розібрати речі» очевидна з вражаючих темпів відкриттів в біохімії та молекулярній біології. Перша демонстрація того, що фермент - це білок, була зроблена лише в 1926 році, і лише через двадцять років це було досить добре встановлено, що Нобелівська премія була присуджена в 1946 році за це відкриття. З того часу методи біохімії розкрили всю інформацію, яку можна знайти в будь-якому стандартному підручнику з біохімії, і багато іншого.
Були ідентифіковані тисячі ферментів та їх субстратів, простежено сотні метаболічних шляхів. Будова сотень білків відома аж до положення кожного атома. Після з'ясування структури ДНК в 1953 році вчені виявили запаморочливу кількість фактів про те, як інформація зберігається, використовується і успадковується в клітині. Клоновані та трансгенні тварини та генна терапія стали реальністю менш ніж за 50 років. І відкриття все ще продовжують приходити.